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JP2004179187A - Magnetoresistive element and magnetic memory - Google Patents

Magnetoresistive element and magnetic memory Download PDF

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JP2004179187A
JP2004179187A JP2002339978A JP2002339978A JP2004179187A JP 2004179187 A JP2004179187 A JP 2004179187A JP 2002339978 A JP2002339978 A JP 2002339978A JP 2002339978 A JP2002339978 A JP 2002339978A JP 2004179187 A JP2004179187 A JP 2004179187A
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JP
Japan
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layer
magnetic
magnetoresistive element
amorphous
ferromagnetic
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Pending
Application number
JP2002339978A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiaki Saito
好昭 斉藤
Takao Sawa
孝雄 沢
Toshihiko Nagase
俊彦 永瀬
Katsuya Nishiyama
勝哉 西山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2002339978A priority Critical patent/JP2004179187A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetoresistive effect element that has a little fluctuating a switching magnetic field and MR ratio, keeps the switching magnetic field at a small value even when the bit size is reduced, and is excellent in thermal stability. <P>SOLUTION: This magnetoresistive effect element has at least one tunnel barrier layer and a magnetic recording layer and a magnetization fixing layer provided on both sides of the barrier layer. The magnetic recording layer contains at least two amorphous magnetic layers and a nonmagnetic layer interposed between the magnetic layers. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果素子および磁気メモリに関し、より詳細には強磁性トンネル接合型の磁気抵抗効果素子を含むメモリアレーを有し、特に熱安定性に優れた大容量磁気メモリに関する。
【0002】
【従来の技術】
磁性体膜を用いた磁気抵抗効果素子は、磁気ヘッド、磁気センサーなどに用いられており、さらに固体磁気メモリ(磁気抵抗効果メモリ:MRAM(Magnetic Random Access Memory))に用いることが提案されている。
【0003】
近年、2つの磁性金属層の間に1層の誘電体を挿入したサンドイッチ構造膜において、膜面に対して垂直に電流を流してトンネル電流を利用する磁気抵抗効果素子、いわゆる強磁性トンネル接合素子:TMR素子(Tunneling Magneto−Resistive element)が提案されている。強磁性トンネル接合素子においては、20%以上の磁気抵抗変化率が得られている。このため、強磁性トンネル接合素子をMRAMに応用する可能性が高まってきた。
【0004】
この強磁性トンネル接合素子は、強磁性層上に0.6〜2.0nm厚の薄いAl(アルミニウム)層を成膜した後、その表面を酸素グロー放電または酸素ガスに曝すことによって、Alからなるトンネルバリア層を形成し、トンネルバリア層上にもう1層の強磁性層を形成することにより作製される。
【0005】
また、この強磁性一重トンネル接合の一方の強磁性層に反強磁性層を付与して磁化固着層とした構造を有する強磁性1重トンネル接合が提案されている。
【0006】
また、誘電体中に分散した磁性粒子を介した強磁性トンネル接合や、強磁性二重トンネル接合(連続膜)も提案されている。
【0007】
これらの強磁性トンネル接合素子においても20〜50%の磁気抵抗変化率が得られるようになったこと、および所望の出力電圧値を得るため強磁性トンネル接合素子に印加する電圧値を増やしても磁気抵抗変化率の減少が抑えられることから、MRAMへの応用の可能性が高まってきた。
【0008】
強磁性一重トンネル接合または強磁性二重トンネル接合を用いた磁気メモリは、不揮発性で、書き込み読み出し時間も10ナノ秒以下と速く、書き換え回数も1015以上というポテンシャルを有する。特に、強磁性二重トンネル接合を用いた磁気メモリは、上述したように所望の出力電圧値を得るため強磁性トンネル接合素子に印加する電圧値を増やしても磁気抵抗変化率の減少が抑えられるため、大きな出力電圧が得られ、メモリ素子として好ましい特性を示す。
【0009】
こうした磁気メモリのスイッチング磁界のばらつきが抑えるために、フリー層にアモルファス磁性体である(Co90Fe101−xを用いることが提案されている(例えば、非特許文献1参照。)。しかし、Co−Fe−B系のアモルファス磁性層は350℃以上で結晶化を起こすため、400℃以上での熱処理、配線プロセスを有するMRAM作製では熱安定性に限界があり、スイッチング磁界のばらつきが増大するという問題がある。また、大容量化のためにビットサイズを微小化すると熱揺らぎの問題が生じ、スピン情報が消えてしまう可能性が生じるほか、ビットサイズの微小化に伴うスイッチング磁界の増大などが問題となってくる。
【0010】
また、強磁性層(自由層)とトンネル障壁層との間、強磁性層(固定層)とトンネル障壁層との間の少なくとも一方にアモルファス強磁性層を設けた強磁性トンネル接合素子、これを用いた磁気メモリセルが知られている(例えば、特許文献1参照。)。しかし、この文献の素子においても、スイッチング磁界のばらつきが増大するという問題があり、また、大容量化のためにビットサイズを微小化すると熱揺らぎの問題が生じ、スピン情報が消えてしまう可能性が生じるほか、ビットサイズの微小化に伴うスイッチング磁界の増大などが問題となってくる。
【0011】
以上説明したように、磁気メモリの大容量化を実現するためには、ビットサイズを微小化してもMR比が大きく、スイッチング磁界が小さく、熱安定性に優れた磁気抵抗効果素子が必要とされる。
【0012】
【非特許文献1】
Intermag Europe 2002, BB05, 2002年4月
【0013】
【特許文献1】
特開2001−68760公報
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、熱安定性に優れスイッチング磁界のばらつきが小さく、強磁性トンネル接合のビットサイズを微小化してもスイッチング磁界の増大を抑えることができる磁気抵抗効果素子およびそれを用いた磁気メモリを提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様に係る磁気抵抗効果素子は、少なくとも一層のトンネルバリア層と、前記トンネルバリア層を挟んで設けられた磁気記録層および磁化固着層とを有し、前記磁気記録層が少なくとも2層のアモルファス磁性層とその間に挿入された非磁性層を含むことを特徴とする。
【0016】
本発明の他の態様に係る磁気メモリは、第1の方向に延在する第1の配線と、前記第1の配線の上方に設けられ、前記第1の方向と交差する方向に延在する第2の配線と、前記第1の配線と前記第2の配線との間に設けられ、少なくとも一層のトンネルバリア層と、前記トンネルバリア層を挟んで設けられた磁気記録層および磁化固着層とを有し、前記磁気記録層が少なくとも2層のアモルファス磁性層とその間に挿入された非磁性層を含むことを特徴とする磁気抵抗効果素子とを備えたことを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
【0018】
本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子は、少なくとも一層のトンネルバリア層と、トンネルバリア層を挟んで設けられた磁気記録層および磁化固着層とを有し、磁気記録層が少なくとも2層のアモルファス磁性層とその間に挿入された非磁性層を含む。
【0019】
本発明の実施形態において、磁気記録層(フリー層)は、アモルファス磁性層/非磁性層/アモルファス磁性層の三層膜に限らず、アモルファス磁性層/非磁性層/アモルファス磁性層/非磁性層/アモルファス磁性層の5層膜、さらにそれ以上の多層膜でもかまわない。なお、磁気記録層(フリー層)に含まれるアモルファス磁性層は偶数層であることが好ましい。
【0020】
本明細書において、磁気記録層(フリー層)を形成するアモルファス磁性層とは、実質的に結晶粒が観察されない磁性層だけでなく、微細な結晶粒を含む微結晶磁性層をも含むものとする。
【0021】
図1〜図8に、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の例を示す。図1〜図4は強磁性一重トンネル接合素子、図5〜図8は強磁性二重トンネル接合素子である。
【0022】
図1は、反強磁性層が下部に形成されたボトム型の強磁性一重トンネル接合素子である。図1の磁気抵抗効果素子は、図示しない基板上に、下地電極1、反強磁性層2、一層からなる磁化固着層(ピン層)3、トンネルバリア層4、アモルファス磁性層5a/非磁性層5b/アモルファス磁性層5cの三層構造を有する磁気記録層(フリー層)5、カバー層(ハードマスク)9および上部電極10を形成した構造を有する。
【0023】
図2は、磁化固着層3をピン層3a/非磁性層3b/フィックス層3cの三層構造とした以外は図1と同様の構造を有する。
【0024】
図3は、反強磁性層が上部に形成されたトップ型の強磁性一重トンネル接合素子である。図3の磁気抵抗効果素子は、図示しない基板上に、下地電極1、アモルファス磁性層5a/非磁性層5b/アモルファス磁性層5cの三層構造を有する磁気記録層5、トンネルバリア層6、一層からなる磁化固着層(ピン層)7、反強磁性層8、カバー層(ハードマスク)9および上部電極10を形成した構造を有する。
【0025】
図4は、磁化固着層7をピン層7a/非磁性層7b/フィックス層7cの三層構造とした以外は図3と同様の構成を有する。
【0026】
図5は強磁性二重トンネル接合素子である。図5の磁気抵抗効果素子は、図示しない基板上に、下地電極1、反強磁性層2、一層からなる磁化固着層(ピン層)3、トンネルバリア層4、アモルファス磁性層5a/非磁性層5b/アモルファス磁性層5cの三層構造を有する磁気記録層(フリー層)5、トンネルバリア層6、一層からなる磁化固着層(ピン層)7、反強磁性層8、カバー層(ハードマスク)9および上部電極10を形成した構造を有する。
【0027】
図6は、下部の磁化固着層3をピン層3a/非磁性層3b/フィックス層3cの三層構造とした以外は図5と同様の構造を有する。
【0028】
図7は、上部の磁化固着層7をフィックス層7a/非磁性層7b/ピン層7cの三層構造とした以外は図5と同様の構造を有する。
【0029】
図8は、下部の磁化固着層3をピン層3a/非磁性層3b/フィックス層3cの三層構造、上部の磁化固着層7をフィックス層7a/非磁性層7b/ピン層7cの三層構造とした以外は図5と同様の構造を有する。
【0030】
上記のように、磁気記録層(フリー層)にアモルファス磁性層/非磁性層/アモルファス磁性層を用いた場合、強磁性トンネル接合のビットサイズが微小化してもスイッチング磁界の増大を抑制することができ、しかもMR比のバイアス依存性および層間相互作用の非磁性層膜厚依存性が小さいためマージンが大きく、信頼性の高い磁気抵抗効果素子(強磁性トンネル接合素子)を提供できる。
【0031】
次に、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子に用いられる材料などについて説明する。
【0032】
磁気記録層(フリー層)を形成するアモルファス磁性層は、下記一般式
Co−Fe−AA、Co−Fe−AA−AA2、Fe−AA−AA2、Co−AA−AA2、Co−Mn−AA−AA2、Fe−Cu−AA−AA2、およびCo−Fe−Ni−AA
(ここで、AAまたはAA2は、B,Si,Ge,Zr,Nb,P,Mo,Ta,N,C,Ti,Al,W,V,希土類および窒素からなる群より選択される少なくとも1種の元素である)
で表されるものが用いられる。アモルファス磁性層は、3d磁性元素(Co,Fe,Ni)以外の添加元素であるAAまたはAA2を20at%以上含んでいてもよい。
【0033】
これらのアモルファス合金は、結晶化温度(熱安定性)が高く、トンネルバリア層上にも均一な膜厚でスパッタされるため、400℃以上の熱工程を経てもアモルファス磁性層/非磁性層/アモルファス磁性層の構造が維持され、磁歪が小さく、スイッチング磁界バラツキが抑えられる。より具体的なアモルファス磁性層の材料については、後に詳細に説明する。
【0034】
非磁性層は特に限定されないが、Ru,Cu,Ir,Cr,Ag,Au,Pt,TiW,W,TaN,TiNを用いることが好ましい。非磁性層の膜厚は、1.4nm以上であることが好ましい。
【0035】
また、磁気記録層に含まれる二層のアモルファス磁性層の磁化方向は反平行であることが好ましく、非磁性層を介した二層のアモルファス磁性層間の相互作用は、典型的には−2000Oe〜500Oeである。2層のアモルファス磁性層間の相互作用が−2000Oe〜500Oeであると、スイッチング磁界が低減し、ビットサイズを微小化してもスイッチング磁界の増大を抑制できる。また、アモルファス磁性層を用いると、上述した相互作用の大きさを容易に得ることができ、非磁性層の膜厚に対するマージンが広くなる。
【0036】
トンネルバリア層としては、Al,Mg,Ga,In,Sr,Ba,希土類またはこれら合金の酸化物または窒化物を用いることが好ましい。具体的には、Al(酸化アルミニウム)、SiO(酸化シリコン)、MgO(酸化マグネシウム)、AlN(窒化アルミニウム)、Bi(酸化ビスマス)、MgF(フッ化マグネシウム)、CaF(フッ化カルシウム)、SrTiO(酸化チタン・ストロンチウム)、AlLaO(酸化ランタン・アルミニウム)、Al−N−O(酸化窒化アルニウム),GaO,InOなどを用いることができる。これらの材料でトンネルバリア層を形成すると、バリア高さが高いためMR変化率が大きなトンネル接合を作製することができる。
【0037】
磁化固着層は、上述したように、強磁性層(ピン層)/非磁性層/強磁性層(フィックス層)の3層構造としてもよい。この場合、トンネルバリア層に近い強磁性層(フィックス層)の厚さをトンネルバリア層から遠い強磁性層(ピン層)の厚さよりも厚くすることが好ましい。このような構造を用いると、記録層−フィックス層間のオレンジピール相互作用を、フィックス層とピン層との膜厚差に相当する漏れ磁場(Stray Field)によりキャンセルすることができる。
【0038】
また、図6の構造において上部ピン層膜厚≒(下部フィックス層膜厚−下部ピン層膜厚)に保つことにより、ヒステリシスループのシフトを完全にキャンセルすることができる。
【0039】
アモルファス磁性層は、磁気記録層だけでなく、ピン層やフィックス層にも用いることができる。1層のアモルファス磁性層の膜厚は0.5〜5nmであることが好ましい。アモルファス磁性層は、膜の連続性が良好であり、0.5nmの薄さまで良好な磁気特性を得ることができる。しかし、膜厚が0.5nm未満では、超常磁性的なM−HカーブになるおそれがありMRAMには好ましくない。一方、アモルファス磁性層/非磁性層/アモルファス磁性層の三層記録層において、1層のアモルファス磁性層の膜厚は5nm以下にすることが好ましい。アモルファス磁性層は、飽和磁化の値がCo,Fe,Ni合金より小さいため、TMRの幅を0.6μmまで小さくした場合に、膜厚を5nm程度まで厚くしてもスイッチング磁界を数十Oe程度に抑えることができるが、膜厚が5nmを超えるとスイッチング磁界が大きくなるおそれがある。
【0040】
また、これらの磁性体には、Ag(銀)、Cu(銅)、Au(金)、Al(アルミニウム)、Mg(マグネシウム)、Si(シリコン)、Bi(ビスマス)、Ta(タンタル)、B(ボロン)、C(炭素)、O(酸素)、N(窒素)、Pd(パラジウム)、Pt(白金)、Zr(ジルコニウム)、Ir(イリジウム)、W(タングステン)、Mo(モリブデン)、Nb(ニオブ)などの非磁性元素を添加して、磁気特性のほか、結晶性、機械的特性、化学的特性などの各種物性を調節してもよい。
【0041】
磁気抵抗効果素子が形成される基板としては、例えば、Si(シリコン)、SiO(酸化シリコン)、Al(酸化アルミニウム)、スピネル、AlN(窒化アルニウム)など各種の基板を用いることができる。
【0042】
基板の上に下地電極層を設けたり、磁気抵抗効果素子上に上部電極層や保護層などを設けたりしてもよい。下地電極層、上部電極層、保護層の材料としては、Ta(タンタル)、Ti(チタン)、Pt(白金)、Pd(パラジウム)、Au(金)、Ti(チタン)/Pt(白金)、Ta(タンタル)/Pt(白金)、Ti(チタン)/Pd(パラジウム)、Ta(タンタル)/Pd(パラジウム)、Cu(銅)、Al(アルミニウム)‐Cu(銅)、Ru(ルテニウム)、Ir(イリジウム)、Os(オスミウム)などが用いられる。
【0043】
本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子は、各種スパッタ法、蒸着法、分子線エピタキシャル法などの通常の薄膜形成手段を用いて形成することができる。強磁性トンネル接合の加工は、エキシマステッパとイオンミリングなどを用いて行うことができる。
【0044】
図9(a)〜(e)に加工された磁気抵抗効果素子の平面図を示す。これらの図に示されるように,個々の磁気抵抗効果セル(TMRセル)に、幅(W)と長さ(L)の比が2以下である低アスペクトの磁気抵抗効果素子を用いることが好ましい。これらのTMRセルでは、形状異方性に加えて、磁場中成膜、磁場中アニールを利用することにより、アモルファス磁性層に一軸異方性を容易に付与することができる。
【0045】
以下、本発明の実施形態において好適に用いられるアモルファス合金を、一般式を用いてより具体的に示す。なお、以下の一般式において組成を示す添字の数値範囲は原子%を表す。
【0046】
[1]Co基アモルファス合金(金属−メタロイド系)
(Co1−a−b100−c−dX1X2
(ここで、MはFe,Ni,Mnから選ばれる少なくとも1種、TはTi,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W,Cuから選ばれる少なくとも1種、X1はB,Pから選ばれる少なくとも1種、X2はSi,Ge,C,Ga,N,F,O,Al,Snから選ばれる少なくとも1種、0.03≦a≦0.20(ただしMがNiの場合aは0.03≦a≦0.35)、0≦b≦0.10、5≦c≦30、0≦d≦25、15≦c+d≦30)。
【0047】
たとえば、(Co0.95Fe0.0570Si1614,(Co0.90Fe0.05Nb0.04Cr0.0175Si1213,(Co0.88Fe0.05Ti0.0779Si1011,(Co0.90Fe0.05Mo0.030.0276Si1011Al,(Co0.82Fe0.09Ni0.0 Mo0.0373SiGe10,(Co0.88Mn0.09Ta0.0376Si14,(Co0.90Fe0.05Zr0.0572Si1010,(Co0.88Mn0.09Mo0.0376Si1112,(Co0.90Fe0.040.0677Si1210Ga,(Co0.88Fe0.06Hf0.030.0374Si1213Snなどが挙げられる。
【0048】
[2]Co基アモルファス合金(金属−金属系)
(Co1−a100−b−cX3
(ここで、TはFe,Mn,Niから選ばれる少なくとも1種、MはTi,Nb,Ta,Zr,Hf,Mo,Wから選ばれる少なくとも1種、M’はCr,V,Cuから選ばれる少なくとも1種、X3はB,P,C,O,N,Si,F,Ge,Ga,Sn,Alから選ばれる少なくとも1種、0≦a≦0.1、6≦b≦20、0≦c≦8)。
【0049】
たとえば、Co86NbZr,Co86Zr,Co86TaZrCu,Co86TaZrGe,Co81MnNb15,Co84MnTa10Si,Co69Ni10FeNb13Hf,Co85FeNb14,Co79FeNb15,Co85NbTi,Co85NbTi,Co90TaZr,Co86NbZrMoCr,Co90TaZrGa,Co84TaZrSn,Co84TaZrAlなどが挙げられる。
【0050】
[3]FeCo基微結晶磁性合金
100−a−b−cX4
(ここで、TはFe,Co,Niから選ばれる少なくとも1種、AはCu,Ag,Auから選ばれる少なくとも1種、MはTi,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W,Mnから選ばれる少なくとも1種、X4はB,Si,P,C,O,N,F,Ge,Ga,Sn,Al,Pt,Rh.Pdから選ばれる少なくとも1種、0≦a≦8、2≦b≦20、2≦c≦35)。この一般式で表される磁性薄膜には、平均粒径5〜100nmの微結晶が含まれる。上記FeCo基微結晶磁性合金のより好ましい組成範囲は、下記の2つの一般式[3’],[3”]で表される。
【0051】
[3’]Fe−メタロイド系微結晶磁性合金(ファインメット系)
(Fe1−a100−b−c−d−e−fSiX5
(ここで、TはNi,Co,Mnから選ばれる少なくとも1種、AはCu,Ag,Auから選ばれる少なくとも1種、MはTi,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Cr,Mo,Wから選ばれる少なくとも1種、X5はP,C,O,N,F,Ge,Ga,Sn,Alから選ばれる少なくとも1種、0≦a≦0.1、0.01≦b≦5、0.1≦c≦10、8≦d≦20、4≦e≦15、0≦f≦5)。この一般式で表される磁性薄膜には、平均粒径5〜100nmの微結晶が含まれ、微結晶の割合は50体積%以上である。
【0052】
たとえば、Fe73CuNbSi17,Fe72CuNbSi16,Fe72CuTaSi15,Fe70CuSi14,Fe71AgZrSi15,Fe72CuTiSi15,Fe69AuSi15,Fe70CoCuHfSi16,Fe70NiCuMoCrSi15,Fe72CuNbSi15,Fe73CuNbSi15,Fe72CuNbSi15Ge,Fe72CuNbSi15Al,Fe70MnCuNbSi16などが挙げられる。
【0053】
[3”](FeCo)−メタル−(B,C,Nなど)(ナノパーム系)
100−a−b−c−dM’X6X7
(ここで、TはFe,Co,Niから選ばれる少なくとも1種、MはTi,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo,Wから選ばれる少なくとも1種、M’はCu,Ag,Auから選ばれる少なくとも1種、X6はB,C,N,O,F,Pから選ばれる少なくとも1種、X7はSi,Ge,Al,Sn,Ga,Sn,Mn,Cr,Pd,Rh,Ptから選ばれる少なくとも1種、4≦a≦20、0≦b≦8、2≦c≦20、0≦d≦5)。この一般式で表される磁性薄膜は、主に微細な結晶粒からなる。
【0054】
たとえば、Fe90Zr,Fe90CuZr,Fe83Zr11,Fe82AuZr11,Fe80Zr11Si,Fe78Ta1012,Fe77Ta1011Ge,Fe77AgTa10Cr,Fe82ZrMn,Fe77AgTa1012,Fe78Ta1010,Fe74Nb1311,Fe71Nb12Al,Fe77Al,Co79Ta8C13,Co78Ta8C13Sn,Co78Ta8C13Ga,Co84FePdHf,Co84FePtHf,Co84FeRhHfなどが挙げられる。
【0055】
[4]FeAlSi系(センダスト系)
Fe100−a−b−c−dAlSiX8
(ここで、MはTi,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W,Mn,Cu,Ga,Ge,Snから選ばれる少なくとも1種、X8はB,C,N,O,F,Pから選ばれる少なくとも1種、3≦a≦9、6≦b≦12、0≦c≦4、0≦d≦10)。
【0056】
たとえば、Fe85AlSi,Fe84AlSi10Cr,Fe84AlSi10Mo,Fe84AlSi10,Fe84AlSi10Cu,Fe84AlSi10Mn,Fe84AlSi10Ti,Fe82AlSiZr,Fe83AlSiHf,Fe83AlSi10,Fe84AlSiNb,Fe83AlSi10Ta,Fe84AlSi10Ga,Fe84AlSi10Ge,Fe84AlSi10Sn,Fe84AlSi10Crなどが挙げられる。
【0057】
[5]NiFe系(パーマロイ系)
Ni100−a−b−cFeX8
(ここで、MはTi,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W,Mn,Cu,Ga,Ge,Snから選ばれる少なくとも1種、X8はB,C,N,O,F,Pから選ばれる少なくとも1種、16≦a≦22、0≦b≦5、0≦c≦10)。
【0058】
たとえば、Fe20Ni79Mo,Fe20Ni79Cr,Fe20Ni79,Fe20Ni79Mn,Fe19Ni79Ti,Fe19Ni78Zr,Fe19Ni78Hf,Fe19Ni78,Fe19Ni78Nb,Fe19Ni78Ta,Fe20Ni79Ga,Fe20Ni79Ge,Fe20Ni79Snなどが挙げられる。
【0059】
[6]FeSi系(珪素鋼系)
Fe100−a−b−cSiX8
(ここで、MはTi,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W,Mn,Cu,Ga,Ge,Snから選ばれる少なくとも1種、X8はB,C,N,O,F,Pから選ばれる少なくとも1種、9≦a≦15、0≦b≦5、0≦c≦10)。
【0060】
たとえば、Fe88Si12,Fe87Si12Mo,Fe87Si12,Fe87Si12Cu,Fe87Si12Mn,Fe87Si12Ti,Fe86Si11Zr,Fe86Si11Hf,Fe87Si11,Fe87Si11Nb,Fe87Si11Ta,Fe87Si11Ga,Fe87Si11Ge,Fe87Si11Snなどが挙げられる。
【0061】
次に、これまでに記載したアモルファス磁性合金(または微結晶磁性合金)を用いて磁気抵抗効果素子を作製し、その耐熱性を調べることにより、これらのアモルファス磁性合金(または微結晶磁性合金)が好適な材料であることを確認した。下記の表1〜表24に、作製した磁気抵抗効果素子の構造および評価結果を示す。
【0062】
ここでは、耐熱性を評価するだけなので、図10または図11に示した三層構造の磁気記録層を有する磁気抵抗効果素子に加えて、これらの磁気抵抗効果素子の磁気記録層を単層のアモルファス磁性層に変更した磁気抵抗効果素子を作製した。図10は図1に類似し、図11は図5に類似するが、いずれも反強磁性層を省略したものである。これは、反強磁性層を形成した場合には反強磁性層から拡散したMnが素子特性に影響を及ぼすので、Mn拡散の影響を避けるためである。
【0063】
表1〜表4を代表例として評価方法を説明する。表1および表2には、請求項2等に含まれるアモルファス磁性合金を用いて作製した磁気抵抗効果素子の構造(ピン層/トンネルバリア層/磁気記録層、またはピン層/トンネルバリア層/磁気記録層/トンネルバリア層/ピン層)を示している。また、比較のために、従来例である(Co90Fe108020を用いて作製した磁気抵抗効果素子の構造も示している(表2の末尾参照)。
【0064】
具体的には、熱酸化Si基板上に下地電極としてTa/Cu/Taを形成した後、表1および表2の各番号に示す構造を形成し、さらにカバー層としてTa、上部電極としてTa/Cu/Taを形成した。各層はスパッタリングにより成膜した。トンネルバリア層はAlをスパッタリングした後、酸化することにより形成した。また、ピン層および磁気記録層のアモルファス磁性層は磁場中で成膜した。トンネル接合の加工を、エキシマステッパとイオンミリングを用いて行い、100個の素子を作製した。
【0065】
素子作製後、300〜400℃の範囲の所定温度で1時間、磁場中アニールを行い、スイッチング磁界のばらつきを評価した。この際、オートプローバを用いてMR曲線を測定し、統計処理を行って標準偏差を求めた。表3および表4に、各アニール温度でのスイッチング(保磁力)のばらつき(dHc)とオフセット磁界のばらつき(dHoff)の標準偏差値(1σ)を示す。
【0066】
表3および表4から、請求項3に含まれるアモルファス磁性層を用いた場合、アニール温度が400℃でも、スイッチング磁界およびオフセット磁界のばらつきが小さく抑えられることがわかる。このことは、MRAMとして好ましい特性である。また、磁化固着層にもアモルファス磁性層を用いた場合、さらにスイッチング磁界およびオフセット磁界のばらつきの低減が認められ、MRAMとしてより好ましい特性を示した。
【0067】
その他の表も、上述した表1〜表4と同様な内容を表示している。すなわち
表5〜表8は上記[1]Co基アモルファス合金(金属−メタロイド系)を用いた場合、
表9〜表12は上記[3’]Fe−メタロイド系微結晶磁性合金(ファインメット系)を用いた場合、
表13〜表16は上記[3”](FeCo)−メタル−(B,C,Nなど)(ナノパーム系)を用いた場合、
表17〜表20は上記[5]NiFe系(パーマロイ系)を用いた場合、
表21〜表24は上記[6]FeSi系(珪素鋼系)を用いた場合、をそれぞれ示している。いずれの場合でも、4つの表で1組となっており、前半2つの表が素子構造、後半2つの表が評価結果を示している。
【0068】
【表1】

Figure 2004179187
【0069】
【表2】
Figure 2004179187
【0070】
【表3】
Figure 2004179187
【0071】
【表4】
Figure 2004179187
【0072】
【表5】
Figure 2004179187
【0073】
【表6】
Figure 2004179187
【0074】
【表7】
Figure 2004179187
【0075】
【表8】
Figure 2004179187
【0076】
【表9】
Figure 2004179187
【0077】
【表10】
Figure 2004179187
【0078】
【表11】
Figure 2004179187
【0079】
【表12】
Figure 2004179187
【0080】
【表13】
Figure 2004179187
【0081】
【表14】
Figure 2004179187
【0082】
【表15】
Figure 2004179187
【0083】
【表16】
Figure 2004179187
【0084】
【表17】
Figure 2004179187
【0085】
【表18】
Figure 2004179187
【0086】
【表19】
Figure 2004179187
【0087】
【表20】
Figure 2004179187
【0088】
【表21】
Figure 2004179187
【0089】
【表22】
Figure 2004179187
【0090】
【表23】
Figure 2004179187
【0091】
【表24】
Figure 2004179187
【0092】
以上のような磁気抵抗効果素子を磁気メモリ(MRAM)に適用する場合には、第1の方向に延在する第1の配線と、第1の配線の上方に設けられ、第1の方向と交差する方向に延在する第2の配線とを形成し、第1の配線と第2の配線との間に、少なくとも一層のトンネルバリア層と、前記トンネルバリア層を挟んで設けられた磁気記録層および磁化固着層とを有し、前記磁気記録層が少なくとも2層のアモルファス磁性層とその間に挿入された非磁性層を含むことを特徴とする磁気抵抗効果素子とを設ける。具体的なMRAMのアーキテクチャについては後に詳細に説明する。
【0093】
【実施例】
(実施例1)
非磁性層の膜厚を変化させて強磁性層/非磁性層/強磁性層の積層構造を形成し、非磁性層を介した二層の強磁性層間の相互作用を調べた。
【0094】
アモルファス磁性層/非磁性層/アモルファス磁性層として、
A:(Co90Fe108020/Ru/(Co90Fe108020 、および
B:(Co0.95Fe0.0575(Si0.50.525/Ru/(Co0.95Fe0.0575(Si0.50.525
を形成した。
比較のために、結晶質強磁性層/非磁性層/結晶質強磁性層として、
C:Co90Fe10/Ru/Co90Fe10
を形成した。
【0095】
図12に非磁性層(Ru)の膜厚と層間相互作用との関係を示す。図12に示されるように、アモルファス磁性層を用いると層間相互作用が抑えられ、MRAMの磁気記録層として好ましい特性を示した。また、アモルファス磁性層では、(Co90Fe108020よりも(Co0.95Fe0.0575(Si0.50.525の方が好ましい特性を示している。また、非磁性層の膜厚が1.4nm以上であれば、層間相互作用を非常に小さくできることがわかる。このことから、スイッチング磁界を小さくできることが予想される。
【0096】
(実施例2)
種々のアモルファス磁性合金を用いて、図3から反強磁性層を除いた構造を有する磁気抵抗効果素子を作製し、スイッチング磁界(保磁力)の平均値Hcのアニール温度依存性を調べた。
【0097】
熱酸化Si基板上に下地電極としてTa/Cu/Taを形成した後、磁気記録層としてアモルファス磁性層/非磁性層/アモルファス磁性層、トンネルバリア層としてAlO、ピン層としてCoFe、カバー層としてTa、上部電極としてTa/AlCu/Taを形成した。各層はスパッタリングにより成膜した。トンネルバリア層はAlをスパッタリングした後、酸化することにより形成した。また、ピン層および磁気記録層のアモルファス磁性層は磁場中で成膜した。トンネル接合の加工を、エキシマステッパとイオンミリングを用いて行い、100個の素子を作製した。
【0098】
素子作製後、所定温度で1時間、磁場中アニールを行い、スイッチング磁界の絶対値(100個の素子の平均)を評価した。
【0099】
図13〜図17は、以下の構造を有する磁気記録層を有する素子についての結果である。
【0100】
図13:(Co0.90Fe0.108515(3nm)/Ru/(Co0.90Fe0.108515(5nm)、図13(a)はRu(1.9nm)、図10はRu(2.45nm)
図14:[(Co0.95Fe0.050.95Nb0.058515(3nm)/Ru/[(Co0.95Fe0.050.95Nb0.058515(5nm)、図14(a)はRu(1.9nm)、図14(b)はRu(2.45nm)
図15:Fe83.5CuNbSi3.5(3nm)/Ru/Fe83.5CuNbSi3.5(5nm)、図15(a)はRu(1.9nm)、図15(b)はRu(2.45nm)
図16:Fe90CuZr(3nm)/Ru/Fe90CuZr(5nm)、図16(a)はRu(1.9nm)、図16(b)はRu(2.45nm)
Ruの膜厚が1.9nmである場合には2層のアモルファス磁性層間には弱い強磁性結合が生じ、Ruの膜厚が2.45nmである場合には2層のアモルファス磁性層間には弱い反強磁性結合が生じていると考えられる。
【0101】
図17は比較例であり、(Co0.90Fe0.108020(3nm)単層の磁気記録層を有する磁気抵抗効果素子についての結果である。
【0102】
これらの結果から、アモルファス磁性層/非磁性層/アモルファス磁性層という構造の磁気記録層を用いると、400℃のアニール温度でもスイッチング磁界の増大が抑えられ、MRAMに好適な特性を示した。また、スイッチング磁界のばらつき(1σ)も10%以内におさまり、MRAMに好適な特性を示した。
【0103】
さらに、図7の構造を有する強磁性二重トンネル接合素子では、スイッチング磁界のばらつき(1σ)が7%以内におさまり、MRAMにより好適な特性を示した。
【0104】
(実施例3)
アモルファス磁性層/非磁性層/アモルファス磁性層の三層構造の磁気記録層を有する図8の強磁性二重トンネル接合素子を作製した。また、比較のために、単層のアモルファス磁性層からなる磁気記録層を有する強磁性二重トンネル接合素子を作製した。これらの2つの素子について、規格化MR比のバイアス電圧依存性を比較した。
【0105】
本実施例で作製した素子の構造は、基板:熱酸化Si基板、下地電極:Ta(5nm)/Cu(30nm)/Ta(5nm)、反強磁性層:NiFe(4nm)/IrMn(10nm)、ピン層:CoFe(3nm)、非磁性層:Ru(1nm)、フィックス層:CoFe(3nm)、トンネルバリア層:AlO(1.4nm)、磁気記録層(フリー層):Co70.5Fe4.7Si1510(2nm)/Ru(1.3nm)/Co70.5Fe4.7Si1510(2nm)、トンネルバリア層:AlO(1.4nm)、フィックス層:CoFe(3nm)、非磁性層:Ru(1nm)、ピン層:CoFe(3nm)、反強磁性層:IrMn(10nm)、カバー層:Ta、上部電極:Ta(5nm)/Cu(30nm)/Ta(5nm)である。
【0106】
比較のために作製した素子は、磁気記録層(フリー層)が単層のCo70.5Fe4.7Si1510(2nm)からなっているものである。
【0107】
図18(a)および(b)に規格化MR比のバイアス電圧依存性を示す。図18(a)は比較例の結果、図18(b)は実施例3の結果である。図18(a)および(b)からわかるように、単層のアモルファス磁性層からなる磁気記録層を有する強磁性二重トンネル接合素子(a)に比べて、アモルファス磁性層/非磁性層/アモルファス磁性層の三層構造の磁気記録層を有する強磁性二重トンネル接合素子(b)は、規格化MR比のバイアス依存性が改善されている。したがって、図18(b)の素子は大きな信号出力が得られ、MRAMとしてより好ましい特性を示すことがわかる。
【0108】
(実施例4)
種々のアモルファス磁性合金を用いて図2に示す構造を有する磁気抵抗効果素子を作製し、素子の幅とスイッチング磁界との関係を調べた。
【0109】
本実施例で作製した素子の構造は、基板:熱酸化Si基板、下地電極:Ta/Cu/Ta、反強磁性層:Ir23Mn77(10nm)、ピン層:Co90Fe10(3nm)、非磁性層:Ru(0.9nm)、フィックス層:Co90Fe10(3nm)、トンネルバリア層:AlO(1.2nm)、磁気記録層(詳細については後述する)、カバー層:Ta、上部電極:Ta/Cu/Taである。各層はスパッタリングにより成膜した。トンネルバリア層はAlをスパッタリングした後、酸化することにより形成した。また、ピン層および磁気記録層のアモルファス磁性層は磁場中で成膜した。トンネル接合の加工を、エキシマステッパとイオンミリングを用いて行い、100個の素子を作製した。素子作製後、325℃で磁場中アニールを行い、オートプロ−バを用いてMR曲線を測定して統計処理を行い、素子の幅(TMR幅)とスイッチング磁界との関係を調べた。
【0110】
磁気記録層の構造は以下の通りである。
1(参考例):Co25Fe35Ni40(1.8nm)/Ru(1.7nm)/Co25Fe35Ni40(1.8nm)
2:Co70.5Fe4.7Si1510(2nm)/Ru(1.2nm)/Co70.5Fe4.7Si1510(2nm)
3:Co70.5Fe4.7Si1510(2nm)/Ru(1.8nm)/Co70.5Fe4.7Si1510(2nm)
4:Co70.5Fe4.7Si1510(2nm)/Ru(2.2nm)/Co70.5Fe4.7Si1510(2nm)
5:Fe73.5CuNbSi13.5(2nm)/Cu(2.8nm)/Fe73.5CuNbSi13.5(2nm)
6:Co87NbZr(2nm)/Ir(1.2nm)/Co87NbZr(2nm)
7:Co84FeNb14(2nm)/Cu(2.8nm)/Co84FeNb14(2nm)
8:Fe90CuZr(2nm)/W(2nm)/Fe90CuZr(2nm)
比較例として、X:単層のCo35Fe25Ni40(2nm)からなる磁気記録層を有する素子、およびY:単層のアモルファス磁性体(Co90Fe108020(2nm)からなる磁気記録層を有する素子を作製した。
【0111】
図19および図20に結果を示す。これらの図に示されるように、アモルファス磁性層/非磁性層/アモルファス磁性層という構造の磁気記録層を用いると、スイッチング磁界のTMR幅依存性が小さいうえに、スイッチング磁界のばらつきも小さく、MRAMに好適な特性を示した。これらの図において、丸で囲った範囲は、1GbitのMRAMで要求される仕様を示している。
【0112】
以下、上述したような磁気抵抗効果素子を用いて構成されるMRAMのアーキテクチャについて説明する。
図21〜図24は、磁気抵抗効果素子とMOSトランジスタを用いたMRAMアーキテクチャを示す。
【0113】
図21(a)および(b)のMRAMアーキテクチャを説明する。シリコン基板上にMOSトランジスタ30が形成されている。MOSトランジスタ30を覆う絶縁層中には、ワード線(WL)40が一方向に延在して設けられている。また、MOSトランジスタ30を覆う絶縁層中には、MOSトランジスタ30に接続したプラグおよび配線が形成され、ワード線(WL)40の上方に配線と接続するTMR素子20が形成されている。TMR素子20上には、ワード線(WL)40と直交する方向に延在するビット線(BL)50が形成されている。
【0114】
図22(a)および(b)のMRAMアーキテクチャは、TMR素子20がワード線(WL)40と配線に接続されて形成されている以外は、図21と同様である。
【0115】
図23(a)および(b)のMRAMアーキテクチャは、ワード線(WL)40およびビット線(50)の一部が磁性膜41、51によって被覆されている以外は、図21と同様である。
【0116】
図24(a)および(b)のMRAMアーキテクチャは、ワード線(WL)40およびビット線(50)の一部が磁性膜41、51によって被覆されている以外は、図22と同様である。
【0117】
図23および図24に示すように、TMRセルに書き込みを行う配線の側面の少なくとも一部を軟磁性膜で被覆すると、電流磁界の増大とクロストークの低減が可能となる。
【0118】
図25は、磁気抵抗効果素子とダイオードを用いたMRAMアーキテクチャを示す。一方向に延在する読み出し/書き込みデジット線(DL)110と、デジット線110に直交する方向に延在する読み出し/書き込みビット線(BL)120との間に、ダイオード60と磁気抵抗効果素子20の積層体が設けられている。デジット線(DL)110にはトランジスタ(STw)130が、ビット線(BL)120にはトランジスタ(STB)140がそれぞれ接続され、さらにトランジスタ(STw)130はセンスアンプ(SA)300に接続されている。
【0119】
図26は、磁気抵抗効果素子をはしご型配置したMRAMアーキテクチャを示す。一方向に延在する書き込みデジット線(DL)150と、デジット線150に直交する方向に延在する読み出しビット線(BLr)160および書き込みビット線(BLw)170が形成され、読み出しビット線(BLr)160と書き込みビット線(BLw)170との間に磁気抵抗効果素子20が設けられている。読み出しビット線(BLr)160にはトランジスタ(ST)180が、書き込みビット線(BLw)170にはトランジスタ(ST)190がそれぞれ接続され、さらにトランジスタ180はセンスアンプ(SA)300に接続されている。
【0120】
図27は、磁気抵抗効果素子を単純マトリックス型配置したMRAMアーキテクチャを示す。一方向に延在する書き込みデジット線(DL)200と読み出しビット線(BLr)210とが上下に配置され、これらに直交する方向に延在する書き込みビット線(BLw)220が形成され、読み出しビット線(BLr)210と書き込みビット線(BLw)220との間に磁気抵抗効果素子20が設けられている。読み出しビット線(BLr)210にはトランジスタ(ST2)230が、書き込みビット線(BLw)220にはトランジスタ(ST1)240がそれぞれ接続され、さらにトランジスタ230はセンスアンプ(SA)300に接続されている。
【0121】
図28は、磁気抵抗効果素子を単純マトリックス型配置したMRAMアーキテクチャを示す。一方向に延在する書き込みデジット線(DL)250と読み出しビット線(BLr)260とが並列に配置され、これらに直交する方向に延在する書き込みビット線(BLw)270が形成され、読み出しビット線(BLr)260と書き込みビット線(BLw)270との間に磁気抵抗効果素子20が設けられている。読み出しビット線(BLr)260にはトランジスタ(ST2)280が、書き込みビット線(BLw)270にはトランジスタ(ST1)290がそれぞれ接続され、さらにトランジスタ280はセンスアンプ(SA)300に接続されている。
【0122】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、スイッチング磁界のばらつきが小さく,強磁性トンネル接合のビットサイズを微小化してもスイッチング磁界の増大を抑制でき、熱安定性に優れ、信頼性のある磁気抵抗効果素子、およびそれを用いた磁気メモリを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るボトム型の強磁性一重トンネル接合素子の模式図。
【図2】本発明の実施形態に係るボトム型の強磁性一重トンネル接合素子の模式図。
【図3】本発明の実施形態に係るトップ型の強磁性一重トンネル接合素子の模式図。
【図4】本発明の実施形態に係るトップ型の強磁性一重トンネル接合素子の模式図。
【図5】本発明の実施形態に係る強磁性二重トンネル接合素子の模式図。
【図6】本発明の実施形態に係る強磁性二重トンネル接合素子の模式図。
【図7】本発明の実施形態に係る強磁性二重トンネル接合素子の模式図。
【図8】本発明の実施形態に係る強磁性二重トンネル接合素子の模式図。
【図9】本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の平面図。
【図10】耐熱性試験のために作製した磁気抵抗効果素子の模式図。
【図11】耐熱性試験のために作製した磁気抵抗効果素子の模式図。
【図12】実施例1における磁気抵抗効果素子について、非磁性層の膜厚と層間相互作用との関係を示す図。
【図13】実施例2における磁気抵抗効果素子について、スイッチング磁界の絶対値を示す図。
【図14】実施例2における磁気抵抗効果素子について、スイッチング磁界の絶対値を示す図。
【図15】実施例2における磁気抵抗効果素子について、スイッチング磁界の絶対値を示す図。
【図16】実施例2における磁気抵抗効果素子について、スイッチング磁界の絶対値を示す図。
【図17】比較例の磁気抵抗効果素子について、スイッチング磁界の絶対値を示す図。
【図18】実施例3における磁気抵抗効果素子について、規格化MR比のバイアス電圧依存性を示す図。
【図19】実施例4における磁気抵抗効果素子について、素子の幅とスイッチング磁界との関係を示す図。
【図20】実施例4における磁気抵抗効果素子について、素子の幅とスイッチング磁界との関係を示す図。
【図21】磁気抵抗効果素子とMOSトランジスタを用いたMRAMアーキテクチャを示す図。
【図22】磁気抵抗効果素子とMOSトランジスタを用いたMRAMアーキテクチャを示す図。
【図23】磁気抵抗効果素子とMOSトランジスタを用いたMRAMアーキテクチャを示す図。
【図24】磁気抵抗効果素子とMOSトランジスタを用いたMRAMアーキテクチャを示す図。
【図25】磁気抵抗効果素子とダイオードを用いたMRAMアーキテクチャを示す図。
【図26】磁気抵抗効果素子をはしご型配置したMRAMアーキテクチャを示す図。
【図27】磁気抵抗効果素子を単純マトリックス型配置したMRAMアーキテクチャを示す図。
【図28】磁気抵抗効果素子を単純マトリックス型配置したMRAMアーキテクチャを示す図。
【符号の説明】
1…下地電極
2…反強磁性層
3…磁化固着層(ピン層)
4…トンネルバリア層
5…磁気記録層(フリー層)
5a…アモルファス磁性層
5b…非磁性層
5c…アモルファス磁性層
6…トンネルバリア層
7…磁化固着層(ピン層)
8…反強磁性層
9…カバー層(ハードマスク)
10…上部電極[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetoresistive element and a magnetic memory, and more particularly to a large-capacity magnetic memory having a memory array including a ferromagnetic tunnel junction type magnetoresistive element, and particularly having excellent thermal stability.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A magnetoresistive element using a magnetic film is used for a magnetic head, a magnetic sensor, and the like, and is further proposed to be used for a solid-state magnetic memory (Magnetic Random Access Memory (MRAM)). .
[0003]
2. Description of the Related Art In recent years, in a sandwich structure film in which one dielectric is inserted between two magnetic metal layers, a magnetoresistance effect element using a tunnel current by flowing a current perpendicular to the film surface, a so-called ferromagnetic tunnel junction element : TMR element (tunneling magneto-resistive element) has been proposed. In a ferromagnetic tunnel junction device, a magnetoresistance ratio of 20% or more is obtained. Therefore, the possibility of applying the ferromagnetic tunnel junction device to the MRAM has been increased.
[0004]
In this ferromagnetic tunnel junction device, a thin Al (aluminum) layer having a thickness of 0.6 to 2.0 nm is formed on a ferromagnetic layer, and the surface thereof is exposed to an oxygen glow discharge or an oxygen gas.2O3Is formed by forming a tunnel barrier layer made of and then forming another ferromagnetic layer on the tunnel barrier layer.
[0005]
Further, a ferromagnetic single tunnel junction having a structure in which an antiferromagnetic layer is added to one ferromagnetic layer of the ferromagnetic single tunnel junction to form a magnetization fixed layer has been proposed.
[0006]
Further, a ferromagnetic tunnel junction via magnetic particles dispersed in a dielectric and a ferromagnetic double tunnel junction (continuous film) have also been proposed.
[0007]
Even in these ferromagnetic tunnel junction devices, a magnetoresistance change ratio of 20 to 50% can be obtained, and even if the voltage value applied to the ferromagnetic tunnel junction device to obtain a desired output voltage value is increased. Since the decrease in the rate of change in magnetoresistance is suppressed, the possibility of application to MRAM has been increased.
[0008]
A magnetic memory using a ferromagnetic single tunnel junction or a ferromagnetic double tunnel junction is nonvolatile, has a fast write / read time of 10 nanoseconds or less, and has a rewrite frequency of 10 nanoseconds or less.FifteenIt has the potential described above. In particular, in the magnetic memory using the ferromagnetic double tunnel junction, as described above, even if the voltage value applied to the ferromagnetic tunnel junction element is increased to obtain a desired output voltage value, the decrease in the magnetoresistance ratio can be suppressed. Therefore, a large output voltage can be obtained, and favorable characteristics as a memory element are exhibited.
[0009]
In order to suppress the variation of the switching magnetic field of the magnetic memory, the free layer is made of an amorphous magnetic material (Co).90Fe10)1-xBxIt has been proposed to use (for example, see Non-Patent Document 1). However, since the Co—Fe—B amorphous magnetic layer is crystallized at 350 ° C. or higher, the thermal stability at 400 ° C. or higher and the fabrication of MRAM having a wiring process are limited in thermal stability, and the variation in switching magnetic field is limited. There is a problem of increasing. In addition, if the bit size is reduced to increase the capacity, a problem of thermal fluctuation occurs, which may cause spin information to disappear, and an increase in a switching magnetic field accompanying the reduction in the bit size may cause a problem. come.
[0010]
Further, a ferromagnetic tunnel junction device in which an amorphous ferromagnetic layer is provided between at least one of a ferromagnetic layer (free layer) and a tunnel barrier layer and at least one between a ferromagnetic layer (fixed layer) and a tunnel barrier layer, A used magnetic memory cell is known (for example, see Patent Document 1). However, even in the device of this document, there is a problem that the variation of the switching magnetic field is increased, and if the bit size is reduced to increase the capacity, a problem of thermal fluctuation occurs, and the spin information may be lost. In addition to the above, problems such as an increase in the switching magnetic field due to the miniaturization of the bit size become problems.
[0011]
As described above, in order to increase the capacity of a magnetic memory, a magnetoresistive element having a large MR ratio, a small switching magnetic field, and excellent thermal stability is required even if the bit size is reduced. You.
[0012]
[Non-patent document 1]
Intermag Europe 2002, BB05, April 2002
[0013]
[Patent Document 1]
JP 2001-68760 A
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a magnetoresistive element which has excellent thermal stability, has a small variation in a switching magnetic field, and can suppress an increase in a switching magnetic field even if the bit size of a ferromagnetic tunnel junction is reduced, and a magnetic memory using the same. Is to provide.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
A magnetoresistive effect element according to one embodiment of the present invention includes at least one tunnel barrier layer, a magnetic recording layer and a magnetization fixed layer provided with the tunnel barrier layer interposed therebetween, and the magnetic recording layer has at least two layers. And a non-magnetic layer interposed therebetween.
[0016]
A magnetic memory according to another aspect of the present invention is provided with a first wiring extending in a first direction, and provided above the first wiring and extending in a direction intersecting the first direction. A second wiring, provided between the first wiring and the second wiring, at least one tunnel barrier layer, and a magnetic recording layer and a magnetization fixed layer provided with the tunnel barrier layer interposed therebetween. Wherein the magnetic recording layer includes at least two amorphous magnetic layers and a magnetoresistive element including a nonmagnetic layer interposed therebetween.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
A magnetoresistive element according to an embodiment of the present invention has at least one tunnel barrier layer, a magnetic recording layer and a magnetization fixed layer provided with the tunnel barrier layer interposed therebetween, and the magnetic recording layer has at least two magnetic recording layers. Includes an amorphous magnetic layer and a non-magnetic layer inserted therebetween.
[0019]
In the embodiment of the present invention, the magnetic recording layer (free layer) is not limited to a three-layer film of an amorphous magnetic layer / non-magnetic layer / amorphous magnetic layer, but may be an amorphous magnetic layer / non-magnetic layer / amorphous magnetic layer / non-magnetic layer. A five-layer film of an amorphous magnetic layer or a multi-layer film of more layers may be used. The amorphous magnetic layer included in the magnetic recording layer (free layer) is preferably an even layer.
[0020]
In the present specification, the amorphous magnetic layer forming the magnetic recording layer (free layer) includes not only a magnetic layer in which crystal grains are not substantially observed but also a microcrystalline magnetic layer including fine crystal grains.
[0021]
1 to 8 show examples of a magnetoresistive element according to an embodiment of the present invention. 1 to 4 show a ferromagnetic single tunnel junction device, and FIGS. 5 to 8 show a ferromagnetic double tunnel junction device.
[0022]
FIG. 1 shows a bottom type ferromagnetic single tunnel junction device having an antiferromagnetic layer formed below. The magnetoresistive element shown in FIG. 1 has a substrate (not shown), a base electrode 1, an antiferromagnetic layer 2, a pinned layer (pin layer) 3, a tunnel barrier layer 4, an amorphous magnetic layer 5a and a nonmagnetic layer. A magnetic recording layer (free layer) 5 having a three-layer structure of 5b / amorphous magnetic layer 5c, a cover layer (hard mask) 9, and an upper electrode 10 are formed.
[0023]
FIG. 2 has the same structure as FIG. 1 except that the magnetization fixed layer 3 has a three-layer structure of a pinned layer 3a / non-magnetic layer 3b / fixed layer 3c.
[0024]
FIG. 3 shows a top type ferromagnetic single tunnel junction device having an antiferromagnetic layer formed thereon. The magnetoresistive element shown in FIG. 3 has a magnetic recording layer 5 having a three-layer structure of a base electrode 1, an amorphous magnetic layer 5a / a nonmagnetic layer 5b / amorphous magnetic layer 5c, a tunnel barrier layer 6, and a single layer on a substrate (not shown). A pinned layer 7, an antiferromagnetic layer 8, a cover layer (hard mask) 9, and an upper electrode 10 are formed.
[0025]
FIG. 4 has the same configuration as FIG. 3 except that the magnetization fixed layer 7 has a three-layer structure of a pinned layer 7a / non-magnetic layer 7b / fixed layer 7c.
[0026]
FIG. 5 shows a ferromagnetic double tunnel junction device. The magnetoresistive element shown in FIG. 5 has a base electrode 1, an antiferromagnetic layer 2, a pinned magnetization layer (pin layer) 3, a tunnel barrier layer 4, an amorphous magnetic layer 5a and a nonmagnetic layer on a substrate (not shown). 5b / a magnetic recording layer (free layer) 5 having a three-layer structure of an amorphous magnetic layer 5c, a tunnel barrier layer 6, a single-layer magnetization fixed layer (pin layer) 7, an antiferromagnetic layer 8, a cover layer (hard mask) 9 and an upper electrode 10 are formed.
[0027]
6 has the same structure as that of FIG. 5 except that the lower magnetization pinned layer 3 has a three-layer structure of a pinned layer 3a / non-magnetic layer 3b / fixed layer 3c.
[0028]
FIG. 7 has the same structure as that of FIG. 5 except that the upper magnetization pinned layer 7 has a three-layer structure of a fix layer 7a / a nonmagnetic layer 7b / a pinned layer 7c.
[0029]
FIG. 8 shows a lower pinned layer 3 having a three-layered structure of a pinned layer 3a / non-magnetic layer 3b / fixed layer 3c, and an upper pinned layer 7 having a three-layered structure of a fixed layer 7a / non-magnetic layer 7b / pinned layer 7c. Except for the structure, it has the same structure as FIG.
[0030]
As described above, when an amorphous magnetic layer / non-magnetic layer / amorphous magnetic layer is used for the magnetic recording layer (free layer), it is possible to suppress an increase in the switching magnetic field even when the bit size of the ferromagnetic tunnel junction is reduced. In addition, since the bias dependence of the MR ratio and the dependence of the interlayer interaction on the thickness of the nonmagnetic layer are small, a highly reliable magnetoresistive element (ferromagnetic tunnel junction element) having a large margin can be provided.
[0031]
Next, materials and the like used for the magnetoresistance effect element according to the embodiment of the present invention will be described.
[0032]
The amorphous magnetic layer forming the magnetic recording layer (free layer) has the following general formula
Co-Fe-AA, Co-Fe-AA-AA2, Fe-AA-AA2, Co-AA-AA2, Co-Mn-AA-AA2, Fe-Cu-AA-AA2, and Co-Fe-Ni-AA
(Where AA or AA2 is at least one selected from the group consisting of B, Si, Ge, Zr, Nb, P, Mo, Ta, N, C, Ti, Al, W, V, rare earth and nitrogen) Is an element of
Is used. The amorphous magnetic layer may contain 20 at% or more of AA or AA2 which is an additional element other than the 3d magnetic element (Co, Fe, Ni).
[0033]
Since these amorphous alloys have a high crystallization temperature (thermal stability) and are also sputtered on the tunnel barrier layer with a uniform thickness, the amorphous magnetic layer / non-magnetic layer / The structure of the amorphous magnetic layer is maintained, the magnetostriction is small, and the variation in the switching magnetic field is suppressed. More specific materials for the amorphous magnetic layer will be described later in detail.
[0034]
Although the non-magnetic layer is not particularly limited, it is preferable to use Ru, Cu, Ir, Cr, Ag, Au, Pt, TiW, W, TaN, and TiN. The thickness of the nonmagnetic layer is preferably at least 1.4 nm.
[0035]
Also, the magnetization directions of the two amorphous magnetic layers included in the magnetic recording layer are preferably antiparallel, and the interaction between the two amorphous magnetic layers via the non-magnetic layer is typically from −2000 Oe to 500 Oe. When the interaction between the two amorphous magnetic layers is -2000 Oe to 500 Oe, the switching magnetic field is reduced, and the increase in the switching magnetic field can be suppressed even if the bit size is reduced. In addition, when the amorphous magnetic layer is used, the magnitude of the above-described interaction can be easily obtained, and the margin for the film thickness of the non-magnetic layer is widened.
[0036]
As the tunnel barrier layer, it is preferable to use oxides or nitrides of Al, Mg, Ga, In, Sr, Ba, rare earths, or alloys thereof. Specifically, Al2O3(Aluminum oxide), SiO2(Silicon oxide), MgO (magnesium oxide), AlN (aluminum nitride), Bi2O3(Bismuth oxide), MgF2(Magnesium fluoride), CaF2(Calcium fluoride), SrTiO2(Titanium oxide / strontium), AlLaO3(Lanthanum aluminum oxide), Al-NO (alnium oxynitride), GaO, InO, or the like can be used. When a tunnel barrier layer is formed using these materials, a tunnel junction having a high MR ratio can be manufactured because the barrier height is high.
[0037]
As described above, the magnetization fixed layer may have a three-layer structure of a ferromagnetic layer (pin layer) / non-magnetic layer / ferromagnetic layer (fix layer). In this case, it is preferable that the thickness of the ferromagnetic layer (fix layer) close to the tunnel barrier layer be larger than the thickness of the ferromagnetic layer (pin layer) far from the tunnel barrier layer. When such a structure is used, the orange peel interaction between the recording layer and the fix layer can be canceled by a stray field corresponding to a film thickness difference between the fix layer and the pin layer.
[0038]
In addition, in the structure of FIG. 6, by keeping the upper pinned layer thickness ≒ (the thickness of the lower fixed layer−the thickness of the lower pinned layer), the shift of the hysteresis loop can be completely canceled.
[0039]
The amorphous magnetic layer can be used not only for the magnetic recording layer but also for the pinned layer and the fixed layer. The thickness of the single amorphous magnetic layer is preferably 0.5 to 5 nm. The amorphous magnetic layer has good film continuity and can obtain good magnetic properties up to a thickness of 0.5 nm. However, if the film thickness is less than 0.5 nm, a superparamagnetic MH curve may occur, which is not preferable for MRAM. On the other hand, in a three-layer recording layer of an amorphous magnetic layer / non-magnetic layer / amorphous magnetic layer, the thickness of one amorphous magnetic layer is preferably 5 nm or less. Since the amorphous magnetic layer has a saturation magnetization value smaller than that of the Co, Fe, and Ni alloys, when the TMR width is reduced to 0.6 μm, the switching magnetic field is increased to about several tens Oe even when the film thickness is increased to about 5 nm. However, if the film thickness exceeds 5 nm, the switching magnetic field may be increased.
[0040]
These magnetic materials include Ag (silver), Cu (copper), Au (gold), Al (aluminum), Mg (magnesium), Si (silicon), Bi (bismuth), Ta (tantalum), (Boron), C (carbon), O (oxygen), N (nitrogen), Pd (palladium), Pt (platinum), Zr (zirconium), Ir (iridium), W (tungsten), Mo (molybdenum), Nb By adding a nonmagnetic element such as (niobium), various physical properties such as crystallinity, mechanical properties, and chemical properties may be adjusted in addition to magnetic properties.
[0041]
As the substrate on which the magnetoresistive element is formed, for example, Si (silicon), SiO2(Silicon oxide), Al2O3Various substrates such as (aluminum oxide), spinel, and AlN (alnium nitride) can be used.
[0042]
A base electrode layer may be provided on the substrate, or an upper electrode layer, a protective layer, and the like may be provided on the magnetoresistive element. Materials for the base electrode layer, the upper electrode layer, and the protective layer include Ta (tantalum), Ti (titanium), Pt (platinum), Pd (palladium), Au (gold), Ti (titanium) / Pt (platinum), Ta (tantalum) / Pt (platinum), Ti (titanium) / Pd (palladium), Ta (tantalum) / Pd (palladium), Cu (copper), Al (aluminum) -Cu (copper), Ru (ruthenium), Ir (iridium), Os (osmium) or the like is used.
[0043]
The magnetoresistive effect element according to the embodiment of the present invention can be formed using ordinary thin film forming means such as various sputtering methods, vapor deposition methods, and molecular beam epitaxial methods. The processing of the ferromagnetic tunnel junction can be performed using an excimer stepper and ion milling.
[0044]
FIGS. 9A to 9E show plan views of the processed magnetoresistive element. As shown in these figures, it is preferable to use a low aspect ratio magnetoresistive element having a ratio of width (W) to length (L) of 2 or less for each magnetoresistive cell (TMR cell). . In these TMR cells, uniaxial anisotropy can be easily imparted to the amorphous magnetic layer by utilizing film formation in a magnetic field and annealing in a magnetic field in addition to shape anisotropy.
[0045]
Hereinafter, the amorphous alloy suitably used in the embodiment of the present invention will be more specifically described using a general formula. In addition, in the following general formulas, the numerical value range of the subscript indicating the composition represents atomic%.
[0046]
[1] Co-based amorphous alloy (metal-metalloid system)
(Co1-abMaTb)100-cdX1cX2d
(Where M is at least one selected from Fe, Ni and Mn, T is at least one selected from Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W and Cu, X1 is B, X2 is at least one selected from Si, Ge, C, Ga, N, F, O, Al, and Sn, and 0.03 ≦ a ≦ 0.20 (when M is Ni) a is 0.03 ≦ a ≦ 0.35), 0 ≦ b ≦ 0.10, 5 ≦ c ≦ 30, 0 ≦ d ≦ 25, and 15 ≦ c + d ≦ 30).
[0047]
For example, (Co0.95Fe0.05)70Si16B14, (Co0.90Fe0.05Nb0.04Cr0.01)75Si12BThirteen, (Co0.88Fe0.05Ti0.07)79Si10B11, (Co0.90Fe0.05Mo0.03W0.02)76Si10B11Al3, (Co0.82Fe0.09Ni0.0 6Mo0.03)73Si7Ge3B7P10, (Co0.88Mn0.09Ta0.03)76Si9B14C1, (Co0.90Fe0.05Zr0.05)72Si10B10O4N4, (Co0.88Mn0.09Mo0.03)76Si11B12F1, (Co0.90Fe0.04W0.06)77Si12B10Ga1, (Co0.88Fe0.06Hf0.03V0.03)74Si12BThirteenSn1And the like.
[0048]
[2] Co-based amorphous alloy (metal-metal system)
(Co1-aTa)100-bcMbX3c
(Where T is at least one selected from Fe, Mn and Ni, M is at least one selected from Ti, Nb, Ta, Zr, Hf, Mo and W, and M ′ is selected from Cr, V and Cu. X3 is at least one selected from B, P, C, O, N, Si, F, Ge, Ga, Sn, and Al, 0 ≦ a ≦ 0.1, 6 ≦ b ≦ 20, 0 ≤ c ≤ 8).
[0049]
For example, Co86Nb6Zr8, Co86Zr6B6P2, Co86Ta7Zr6Cu1, Co86Ta7Zr6Ge1, Co81Mn4NbFifteen, Co84Mn4Ta10Si2, Co69Ni10Fe6NbThirteenHf2, Co85Fe2Nb14C1, Co79Fe4NbFifteenW1F1, Co85Nb7Ti7O1, Co85Nb7Ti7F1, Co90Ta5Zr5N1, Co86Nb6Zr3Mo3Cr1V1, Co90Ta5Zr4Ga1N1, Co84Ta8Zr7Sn1, Co84Ta8Zr7Al1And the like.
[0050]
[3] FeCo-based microcrystalline magnetic alloy
T100-abcAaMbX4c
(Where T is at least one selected from Fe, Co, and Ni, A is at least one selected from Cu, Ag, and Au, M is Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, X4 is at least one selected from B, Si, P, C, O, N, F, Ge, Ga, Sn, Al, Pt, and Rh.Pd; 0 ≦ a ≦ 8, 2 ≦ b ≦ 20, 2 ≦ c ≦ 35). The magnetic thin film represented by this general formula contains microcrystals having an average particle size of 5 to 100 nm. A more preferable composition range of the FeCo-based microcrystalline magnetic alloy is represented by the following two general formulas [3 '] and [3 "].
[0051]
[3 '] Fe-metalloid microcrystalline magnetic alloy (finemet type)
(Fe1-aTa)100-bcdcefAbMcSidBeX5f
(Where T is at least one selected from Ni, Co and Mn, A is at least one selected from Cu, Ag and Au, M is Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, X5 is at least one selected from P, C, O, N, F, Ge, Ga, Sn, and Al; 0 ≦ a ≦ 0.1, 0.01 ≦ b ≦ 5; 0.1 ≦ c ≦ 10, 8 ≦ d ≦ 20, 4 ≦ e ≦ 15, 0 ≦ f ≦ 5). The magnetic thin film represented by this general formula contains microcrystals having an average particle size of 5 to 100 nm, and the proportion of the microcrystals is 50% by volume or more.
[0052]
For example, Fe73Cu1Nb3Si17B6, Fe72Cu1Nb4Si16B7, Fe72Cu2Ta2SiFifteenB8C1, Fe70Cu3W2Si14B8N3, Fe71Ag1Zr5SiFifteenB6P2, Fe72Cu1Ti5SiFifteenB7, Fe69Au1V6SiFifteenB7O2, Fe70Co3Cu2Hf4Si16B5, Fe70Ni3Cu2Mo3Cr1SiFifteenB6, Fe72Cu1Nb3SiFifteenB6N2, Fe73Cu1Nb3SiFifteenB6F1, Fe72Cu1Nb3SiFifteenB6Ge3, Fe72Cu1Nb3SiFifteenB6Al3, Fe70Mn2Cu1Nb3Si16B7And the like.
[0053]
[3 "] (FeCo) -metal- (B, C, N, etc.) (nanopalm system)
T100-abcdMaM 'bX6cX7d
(Here, T is at least one selected from Fe, Co, and Ni, M is at least one selected from Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, and W, and M ′ is Cu, Ag, and Au. X6 is at least one selected from B, C, N, O, F, and P, and X7 is Si, Ge, Al, Sn, Ga, Sn, Mn, Cr, Pd, Rh, Pt. At least one selected from the group consisting of 4 ≦ a ≦ 20, 0 ≦ b ≦ 8, 2 ≦ c ≦ 20, and 0 ≦ d ≦ 5). The magnetic thin film represented by this general formula mainly comprises fine crystal grains.
[0054]
For example, Fe90Zr7B2, Fe90Cu1Zr7B2, Fe83Zr6N11, Fe82Au1Zr6N11, Fe80Zr6N11Si3, Fe78Ta10N12, Fe77Ta10N11Ge2, Fe77Ag1Ta10Cr2N5C5, Fe82Zr8C8Mn2, Fe77Ag1Ta10N12, Fe78Ta10N10F2, Fe74NbThirteenC11P2, Fe71Nb12Al9N6O2, Fe77V7Al9N5O2, Co79Ta8CThirteen, Co78Ta8CThirteenSn1, Co78Ta8CThirteenGa1, Co84Fe2Pd2Hf8O6, Co84Fe2Pt2Hf8O6, Co84Fe2Rh2Hf8O6And the like.
[0055]
[4] FeAlSi (Sendust)
Fe100-abcdAlaSibMcX8d
(Where M is at least one selected from Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Cu, Ga, Ge, Sn, and X8 is B, C, N, O, At least one selected from F and P, 3 ≦ a ≦ 9, 6 ≦ b ≦ 12, 0 ≦ c ≦ 4, 0 ≦ d ≦ 10).
[0056]
For example, Fe85Al6Si9, Fe84Al5Si10Cr1, Fe84Al5Si10Mo1, Fe84Al5Si10W1, Fe84Al5Si10Cu1, Fe84Al5Si10Mn1, Fe84Al5Si10Ti1, Fe82Al6Si9Zr2F1, Fe83Al5Si9Hf1B2, Fe83Al5Si10V1O1, Fe84Al5Si9Nb1N1, Fe83Al5Si10Ta1C1, Fe84Al5Si10Ga1, Fe84Al5Si10Ge1, Fe84Al5Si10Sn1, Fe84Al5Si10Cr1And the like.
[0057]
[5] NiFe system (permalloy system)
Ni100-abcFeaMbX8c
(Where M is at least one selected from Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Cu, Ga, Ge, Sn, and X8 is B, C, N, O, At least one selected from F and P, 16 ≦ a ≦ 22, 0 ≦ b ≦ 5, 0 ≦ c ≦ 10).
[0058]
For example, Fe20Ni79Mo1, Fe20Ni79Cr1, Fe20Ni79W1, Fe20Ni79Mn1, Fe19Ni79Ti2, Fe19Ni78Zr2F1, Fe19Ni78Hf1B2, Fe19Ni78V2O1, Fe19Ni78Nb2N1, Fe19Ni78Ta2C1, Fe20Ni79Ga1, Fe20Ni79Ge1, Fe20Ni79Sn1And the like.
[0059]
[6] FeSi type (silicon steel type)
Fe100-abcSiaMbX8c
(Where M is at least one selected from Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Cu, Ga, Ge, Sn, and X8 is B, C, N, O, At least one selected from F and P, 9 ≦ a ≦ 15, 0 ≦ b ≦ 5, 0 ≦ c ≦ 10).
[0060]
For example, Fe88Si12, Fe87Si12Mo1, Fe87Si12W1, Fe87Si12Cu1, Fe87Si12Mn1, Fe87Si12Ti1, Fe86Si11Zr2F1, Fe86Si11Hf1B2, Fe87Si11V1O1, Fe87Si11Nb1N1, Fe87Si11Ta1C1, Fe87Si11Ga1, Fe87Si11Ge1, Fe87Si11Sn1And the like.
[0061]
Next, a magnetoresistance effect element was manufactured using the amorphous magnetic alloy (or microcrystalline magnetic alloy) described so far, and the heat resistance was examined. It was confirmed that it was a suitable material. Tables 1 to 24 below show the structures and evaluation results of the manufactured magnetoresistance effect elements.
[0062]
Here, since only the heat resistance is evaluated, in addition to the magneto-resistance effect elements having the three-layered magnetic recording layer shown in FIG. 10 or FIG. A magnetoresistive element changed to an amorphous magnetic layer was manufactured. FIG. 10 is similar to FIG. 1 and FIG. 11 is similar to FIG. 5, but in each case the antiferromagnetic layer is omitted. This is because when the antiferromagnetic layer is formed, Mn diffused from the antiferromagnetic layer affects the device characteristics, so that the influence of Mn diffusion is avoided.
[0063]
The evaluation method will be described using Tables 1 to 4 as typical examples. Tables 1 and 2 show the structure (pin layer / tunnel barrier layer / magnetic recording layer, or pin layer / tunnel barrier layer / magnetic layer) of a magnetoresistive element manufactured using the amorphous magnetic alloy included in claim 2 or the like. (Recording layer / tunnel barrier layer / pin layer). For comparison, a conventional example (Co90Fe10)80B202 also shows the structure of a magnetoresistive effect element manufactured by using (see the end of Table 2).
[0064]
Specifically, after forming Ta / Cu / Ta as a base electrode on a thermally oxidized Si substrate, the structures shown in the respective numbers of Tables 1 and 2 are formed, and Ta is used as a cover layer, and Ta / Cu is used as an upper electrode. Cu / Ta was formed. Each layer was formed by sputtering. The tunnel barrier layer was formed by oxidizing Al after sputtering. The pinned layer and the amorphous magnetic layer of the magnetic recording layer were formed in a magnetic field. Processing of the tunnel junction was performed using an excimer stepper and ion milling, and 100 devices were manufactured.
[0065]
After the device was manufactured, annealing was performed in a magnetic field at a predetermined temperature in the range of 300 to 400 ° C. for 1 hour, and the variation in the switching magnetic field was evaluated. At this time, the MR curve was measured using an auto prober, and statistical processing was performed to determine the standard deviation. Tables 3 and 4 show variations in switching (coercive force) (dHc) and variations in offset magnetic field (dHc) at each annealing temperature.off) Indicates a standard deviation value (1σ).
[0066]
Tables 3 and 4 show that when the amorphous magnetic layer described in claim 3 is used, even when the annealing temperature is 400 ° C., the variation in the switching magnetic field and the offset magnetic field can be suppressed small. This is a preferable characteristic for the MRAM. Further, when the amorphous magnetic layer was used also as the magnetization fixed layer, the variation of the switching magnetic field and the offset magnetic field was further reduced, and the characteristics more preferable as the MRAM were exhibited.
[0067]
Other tables also display the same contents as Tables 1 to 4 described above. Ie
Tables 5 to 8 show that when the above [1] Co-based amorphous alloy (metal-metalloid type) was used,
Tables 9 to 12 show that when the above [3 '] Fe-metalloid microcrystalline magnetic alloy (Finemet type) was used,
Tables 13 to 16 show that when the above [3 ″] (FeCo) -metal- (B, C, N, etc.) (nanopalm system) is used,
Tables 17 to 20 show that when the above [5] NiFe-based (permalloy-based) was used,
Tables 21 to 24 show the cases where the above [6] FeSi-based (silicon steel-based) is used. In each case, four tables form one set, the first two tables show the element structure, and the last two tables show the evaluation results.
[0068]
[Table 1]
Figure 2004179187
[0069]
[Table 2]
Figure 2004179187
[0070]
[Table 3]
Figure 2004179187
[0071]
[Table 4]
Figure 2004179187
[0072]
[Table 5]
Figure 2004179187
[0073]
[Table 6]
Figure 2004179187
[0074]
[Table 7]
Figure 2004179187
[0075]
[Table 8]
Figure 2004179187
[0076]
[Table 9]
Figure 2004179187
[0077]
[Table 10]
Figure 2004179187
[0078]
[Table 11]
Figure 2004179187
[0079]
[Table 12]
Figure 2004179187
[0080]
[Table 13]
Figure 2004179187
[0081]
[Table 14]
Figure 2004179187
[0082]
[Table 15]
Figure 2004179187
[0083]
[Table 16]
Figure 2004179187
[0084]
[Table 17]
Figure 2004179187
[0085]
[Table 18]
Figure 2004179187
[0086]
[Table 19]
Figure 2004179187
[0087]
[Table 20]
Figure 2004179187
[0088]
[Table 21]
Figure 2004179187
[0089]
[Table 22]
Figure 2004179187
[0090]
[Table 23]
Figure 2004179187
[0091]
[Table 24]
Figure 2004179187
[0092]
When the above-described magnetoresistive element is applied to a magnetic memory (MRAM), a first wiring extending in a first direction, a first wiring provided above the first wiring, and a first wiring are provided. A second wiring extending in a direction intersecting with the second wiring, and at least one tunnel barrier layer provided between the first wiring and the second wiring; and a magnetic recording medium provided with the tunnel barrier layer interposed therebetween. A magnetoresistive element having a layer and a magnetization fixed layer, wherein the magnetic recording layer includes at least two amorphous magnetic layers and a nonmagnetic layer interposed therebetween. A specific MRAM architecture will be described later in detail.
[0093]
【Example】
(Example 1)
A laminated structure of ferromagnetic layer / nonmagnetic layer / ferromagnetic layer was formed by changing the thickness of the nonmagnetic layer, and the interaction between the two ferromagnetic layers via the nonmagnetic layer was examined.
[0094]
As amorphous magnetic layer / non-magnetic layer / amorphous magnetic layer,
A: (Co90Fe10)80B20/ Ru / (Co90Fe10)80B20 ,and
B: (Co0.95Fe0.05)75(Si0.5B0.5)25/ Ru / (Co0.95Fe0.05)75(Si0.5B0.5)25
Was formed.
For comparison, as a crystalline ferromagnetic layer / non-magnetic layer / crystalline ferromagnetic layer,
C: Co90Fe10/ Ru / Co90Fe10
Was formed.
[0095]
FIG. 12 shows the relationship between the thickness of the nonmagnetic layer (Ru) and the interlayer interaction. As shown in FIG. 12, when an amorphous magnetic layer was used, the interlayer interaction was suppressed, and favorable characteristics were exhibited as the magnetic recording layer of the MRAM. In the amorphous magnetic layer, (Co90Fe10)80B20Than (Co0.95Fe0.05)75(Si0.5B0.5)25Shows more preferable characteristics. Also, it can be seen that if the thickness of the non-magnetic layer is 1.4 nm or more, the interlayer interaction can be extremely reduced. From this, it is expected that the switching magnetic field can be reduced.
[0096]
(Example 2)
Using various amorphous magnetic alloys, magnetoresistive elements having a structure excluding the antiferromagnetic layer from FIG. 3 were fabricated, and the dependence of the average value Hc of the switching magnetic field (coercive force) on the annealing temperature was examined.
[0097]
After forming Ta / Cu / Ta as a base electrode on a thermally oxidized Si substrate, an amorphous magnetic layer / non-magnetic layer / amorphous magnetic layer as a magnetic recording layer and AlO as a tunnel barrier layerx, Co as a pin layer9Fe, Ta as a cover layer, and Ta / AlCu / Ta as an upper electrode were formed. Each layer was formed by sputtering. The tunnel barrier layer was formed by oxidizing Al after sputtering. The pinned layer and the amorphous magnetic layer of the magnetic recording layer were formed in a magnetic field. Processing of the tunnel junction was performed using an excimer stepper and ion milling, and 100 devices were manufactured.
[0098]
After the device was fabricated, annealing was performed in a magnetic field at a predetermined temperature for 1 hour, and the absolute value of the switching magnetic field (average of 100 devices) was evaluated.
[0099]
FIGS. 13 to 17 show the results of the element having the magnetic recording layer having the following structure.
[0100]
Figure 13: (Co0.90Fe0.10)85BFifteen(3 nm) / Ru / (Co0.90Fe0.10)85BFifteen(5 nm), FIG. 13A shows Ru (1.9 nm), and FIG. 10 shows Ru (2.45 nm).
Figure 14: [(Co0.95Fe0.05)0.95Nb0.05]85BFifteen(3 nm) / Ru / [(Co0.95Fe0.05)0.95Nb0.05]85BFifteen(5 nm), FIG. 14A shows Ru (1.9 nm), and FIG. 14B shows Ru (2.45 nm).
Figure 15: Fe83.5Cu1Nb3Si3.5B9(3 nm) / Ru / Fe83.5Cu1Nb3Si3.5B9(5 nm), FIG. 15A shows Ru (1.9 nm), and FIG. 15B shows Ru (2.45 nm).
Figure 16: Fe90Cu1Zr7B2(3 nm) / Ru / Fe90Cu1Zr7B2(5 nm), FIG. 16A shows Ru (1.9 nm), and FIG. 16B shows Ru (2.45 nm).
When the Ru film thickness is 1.9 nm, weak ferromagnetic coupling occurs between the two amorphous magnetic layers, and when the Ru film thickness is 2.45 nm, it is weak between the two amorphous magnetic layers. It is considered that antiferromagnetic coupling has occurred.
[0101]
FIG. 17 shows a comparative example, in which (Co0.90Fe0.10)80B20(3 nm) This is the result of a magnetoresistive element having a single magnetic recording layer.
[0102]
From these results, when the magnetic recording layer having the structure of amorphous magnetic layer / non-magnetic layer / amorphous magnetic layer was used, the increase of the switching magnetic field was suppressed even at the annealing temperature of 400 ° C., and characteristics suitable for the MRAM were exhibited. Further, the variation (1σ) of the switching magnetic field was within 10%, and the characteristics suitable for the MRAM were exhibited.
[0103]
Further, in the ferromagnetic double tunnel junction device having the structure of FIG. 7, the variation (1σ) of the switching magnetic field was within 7%, and the characteristics more suitable for the MRAM were exhibited.
[0104]
(Example 3)
The ferromagnetic double tunnel junction device shown in FIG. 8 having a magnetic recording layer having a three-layer structure of an amorphous magnetic layer / non-magnetic layer / amorphous magnetic layer was manufactured. For comparison, a ferromagnetic double tunnel junction device having a magnetic recording layer composed of a single amorphous magnetic layer was manufactured. The bias voltage dependence of the normalized MR ratio was compared for these two devices.
[0105]
The structure of the element manufactured in this example is as follows: substrate: thermally oxidized Si substrate, base electrode: Ta (5 nm) / Cu (30 nm) / Ta (5 nm), antiferromagnetic layer: NiFe (4 nm) / IrMn (10 nm) , Pin layer: Co9Fe (3 nm), nonmagnetic layer: Ru (1 nm), fixed layer: Co9Fe (3 nm), tunnel barrier layer: AlOx(1.4 nm), magnetic recording layer (free layer): Co70.5Fe4.7SiFifteenB10(2 nm) / Ru (1.3 nm) / Co70.5Fe4.7SiFifteenB10(2 nm), tunnel barrier layer: AlOx(1.4 nm), fixed layer: Co9Fe (3 nm), nonmagnetic layer: Ru (1 nm), pinned layer: Co9Fe (3 nm), antiferromagnetic layer: IrMn (10 nm), cover layer: Ta, upper electrode: Ta (5 nm) / Cu (30 nm) / Ta (5 nm).
[0106]
An element fabricated for comparison has a single magnetic recording layer (free layer) of Co.70.5Fe4.7SiFifteenB10(2 nm).
[0107]
FIGS. 18A and 18B show the bias voltage dependence of the normalized MR ratio. FIG. 18A shows the result of the comparative example, and FIG. 18B shows the result of Example 3. As can be seen from FIGS. 18A and 18B, compared with the ferromagnetic double tunnel junction device (a) having a magnetic recording layer composed of a single amorphous magnetic layer, the amorphous magnetic layer / nonmagnetic layer / amorphous The ferromagnetic double tunnel junction device (b) having a magnetic recording layer having a three-layer structure of magnetic layers has improved bias dependency of the normalized MR ratio. Therefore, it can be seen that the element of FIG. 18B obtains a large signal output and exhibits more preferable characteristics as an MRAM.
[0108]
(Example 4)
Using various amorphous magnetic alloys, magnetoresistive elements having the structure shown in FIG. 2 were fabricated, and the relationship between the element width and the switching magnetic field was examined.
[0109]
The structure of the device manufactured in this example is as follows: substrate: thermally oxidized Si substrate, base electrode: Ta / Cu / Ta, antiferromagnetic layer: Ir23Mn77(10 nm), pinned layer: Co90Fe10(3 nm), non-magnetic layer: Ru (0.9 nm), fixed layer: Co90Fe10(3 nm), tunnel barrier layer: AlOx(1.2 nm), a magnetic recording layer (details will be described later), a cover layer: Ta, and an upper electrode: Ta / Cu / Ta. Each layer was formed by sputtering. The tunnel barrier layer was formed by oxidizing Al after sputtering. The pinned layer and the amorphous magnetic layer of the magnetic recording layer were formed in a magnetic field. Processing of the tunnel junction was performed using an excimer stepper and ion milling, and 100 devices were manufactured. After the device was manufactured, annealing was performed in a magnetic field at 325 ° C., and an MR curve was measured using an auto probe to perform statistical processing, and the relationship between the device width (TMR width) and the switching magnetic field was examined.
[0110]
The structure of the magnetic recording layer is as follows.
1 (Reference example): Co25Fe35Ni40(1.8 nm) / Ru (1.7 nm) / Co25Fe35Ni40(1.8 nm)
2: Co70.5Fe4.7SiFifteenB10(2 nm) / Ru (1.2 nm) / Co70.5Fe4.7SiFifteenB10(2 nm)
3: Co70.5Fe4.7SiFifteenB10(2 nm) / Ru (1.8 nm) / Co70.5Fe4.7SiFifteenB10(2 nm)
4: Co70.5Fe4.7SiFifteenB10(2 nm) / Ru (2.2 nm) / Co70.5Fe4.7SiFifteenB10(2 nm)
5: Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9(2 nm) / Cu (2.8 nm) / Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9(2 nm)
6: Co87Nb5Zr8(2 nm) / Ir (1.2 nm) / Co87Nb5Zr8(2 nm)
7: Co84Fe2Nb14(2 nm) / Cu (2.8 nm) / Co84Fe2Nb14(2 nm)
8: Fe90Cu1Zr7B2(2 nm) / W (2 nm) / Fe90Cu1Zr7B2(2 nm)
As a comparative example, X: Co of a single layer35Fe25Ni40(2 nm), and an element having a single-layer amorphous magnetic material (Co90Fe10)80B20An element having a magnetic recording layer of (2 nm) was manufactured.
[0111]
19 and 20 show the results. As shown in these figures, when a magnetic recording layer having the structure of amorphous magnetic layer / non-magnetic layer / amorphous magnetic layer is used, the switching magnetic field has a small TMR width dependence, and the switching magnetic field has a small variation. It showed suitable characteristics. In these figures, the encircled ranges indicate specifications required for a 1 Gbit MRAM.
[0112]
Hereinafter, the architecture of the MRAM configured using the above-described magnetoresistive element will be described.
21 to 24 show an MRAM architecture using a magnetoresistive element and a MOS transistor.
[0113]
The MRAM architecture shown in FIGS. 21A and 21B will be described. A MOS transistor 30 is formed on a silicon substrate. In the insulating layer covering the MOS transistor 30, a word line (WL) 40 is provided extending in one direction. A plug and a wiring connected to the MOS transistor 30 are formed in an insulating layer covering the MOS transistor 30, and a TMR element 20 connected to the wiring is formed above the word line (WL) 40. On the TMR element 20, a bit line (BL) 50 extending in a direction orthogonal to the word line (WL) 40 is formed.
[0114]
The MRAM architecture of FIGS. 22A and 22B is the same as that of FIG. 21 except that the TMR element 20 is formed by connecting to a word line (WL) 40 and a wiring.
[0115]
The MRAM architecture of FIGS. 23A and 23B is the same as that of FIG. 21 except that a part of a word line (WL) 40 and a part of a bit line (50) are covered with magnetic films 41 and 51.
[0116]
The MRAM architecture of FIGS. 24A and 24B is the same as that of FIG. 22 except that a part of the word line (WL) 40 and the bit line (50) is covered with the magnetic films 41 and 51.
[0117]
As shown in FIGS. 23 and 24, when at least a part of the side surface of the wiring for writing to the TMR cell is covered with the soft magnetic film, the current magnetic field can be increased and the crosstalk can be reduced.
[0118]
FIG. 25 shows an MRAM architecture using a magnetoresistive element and a diode. A diode 60 and a magnetoresistive element 20 are arranged between a read / write digit line (DL) 110 extending in one direction and a read / write bit line (BL) 120 extending in a direction orthogonal to the digit line 110. Are provided. The transistor (STw) 130 is connected to the digit line (DL) 110, the transistor (STB) 140 is connected to the bit line (BL) 120, and the transistor (STw) 130 is connected to the sense amplifier (SA) 300. I have.
[0119]
FIG. 26 shows an MRAM architecture in which the magnetoresistive effect elements are arranged in a ladder shape. A write digit line (DL) 150 extending in one direction, a read bit line (BLr) 160 and a write bit line (BLw) 170 extending in a direction orthogonal to the digit line 150 are formed, and the read bit line (BLr) is formed. ) 160 and the write bit line (BLw) 170 are provided with a magnetoresistive element 20. The transistor (ST) 180 is connected to the read bit line (BLr) 160, the transistor (ST) 190 is connected to the write bit line (BLw) 170, and the transistor 180 is connected to the sense amplifier (SA) 300. .
[0120]
FIG. 27 shows an MRAM architecture in which magnetoresistive elements are arranged in a simple matrix type. A write digit line (DL) 200 and a read bit line (BLr) 210 extending in one direction are vertically arranged, and a write bit line (BLw) 220 extending in a direction orthogonal to these is formed. The magnetoresistive element 20 is provided between the line (BLr) 210 and the write bit line (BLw) 220. The transistor (ST2) 230 is connected to the read bit line (BLr) 210, the transistor (ST1) 240 is connected to the write bit line (BLw) 220, and the transistor 230 is connected to the sense amplifier (SA) 300. .
[0121]
FIG. 28 shows an MRAM architecture in which magnetoresistive elements are arranged in a simple matrix type. A write digit line (DL) 250 and a read bit line (BLr) 260 extending in one direction are arranged in parallel, and a write bit line (BLw) 270 extending in a direction orthogonal to these is formed. The magnetoresistive element 20 is provided between the line (BLr) 260 and the write bit line (BLw) 270. The transistor (ST2) 280 is connected to the read bit line (BLr) 260, the transistor (ST1) 290 is connected to the write bit line (BLw) 270, and the transistor 280 is connected to the sense amplifier (SA) 300. .
[0122]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the variation of the switching magnetic field is small, the increase in the switching magnetic field can be suppressed even if the bit size of the ferromagnetic tunnel junction is reduced, and the magnetic field with excellent thermal stability and reliability can be obtained. A resistance effect element and a magnetic memory using the same can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a bottom type ferromagnetic single tunnel junction device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of a bottom type ferromagnetic single tunnel junction device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram of a top type ferromagnetic single tunnel junction device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view of a top type ferromagnetic single tunnel junction device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic view of a ferromagnetic double tunnel junction device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram of a ferromagnetic double tunnel junction device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram of a ferromagnetic double tunnel junction device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram of a ferromagnetic double tunnel junction device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a plan view of the magnetoresistive element according to the embodiment of the invention.
FIG. 10 is a schematic view of a magnetoresistive element manufactured for a heat resistance test.
FIG. 11 is a schematic view of a magnetoresistive element manufactured for a heat resistance test.
FIG. 12 is a view showing the relationship between the thickness of a nonmagnetic layer and the interlayer interaction in the magnetoresistance effect element in Example 1.
FIG. 13 is a diagram showing an absolute value of a switching magnetic field in the magnetoresistive effect element according to the second embodiment.
FIG. 14 is a diagram showing an absolute value of a switching magnetic field in the magnetoresistive effect element according to the second embodiment.
FIG. 15 is a diagram showing an absolute value of a switching magnetic field for the magnetoresistive effect element according to the second embodiment.
FIG. 16 is a diagram showing an absolute value of a switching magnetic field in the magnetoresistive element according to the second embodiment.
FIG. 17 is a diagram showing an absolute value of a switching magnetic field in a magnetoresistive element of a comparative example.
FIG. 18 is a diagram showing the bias voltage dependence of the normalized MR ratio for the magnetoresistance effect element according to the third embodiment.
FIG. 19 is a diagram showing the relationship between the element width and the switching magnetic field for the magnetoresistive element in Example 4.
FIG. 20 is a diagram showing the relationship between the element width and the switching magnetic field in the magnetoresistive effect element according to the fourth embodiment.
FIG. 21 is a diagram showing an MRAM architecture using a magnetoresistive element and a MOS transistor.
FIG. 22 is a diagram showing an MRAM architecture using a magnetoresistive element and a MOS transistor.
FIG. 23 is a diagram showing an MRAM architecture using a magnetoresistive element and a MOS transistor.
FIG. 24 is a diagram showing an MRAM architecture using a magnetoresistive element and a MOS transistor.
FIG. 25 is a diagram showing an MRAM architecture using a magnetoresistive element and a diode.
FIG. 26 is a diagram showing an MRAM architecture in which magnetoresistive elements are arranged in a ladder shape.
FIG. 27 is a diagram showing an MRAM architecture in which magnetoresistive elements are arranged in a simple matrix type.
FIG. 28 is a diagram showing an MRAM architecture in which magnetoresistive elements are arranged in a simple matrix type.
[Explanation of symbols]
1: Base electrode
2. Antiferromagnetic layer
3 ... magnetization fixed layer (pin layer)
4: Tunnel barrier layer
5 ... magnetic recording layer (free layer)
5a: Amorphous magnetic layer
5b: non-magnetic layer
5c: amorphous magnetic layer
6 ... Tunnel barrier layer
7: magnetization fixed layer (pin layer)
8 Antiferromagnetic layer
9 ... Cover layer (hard mask)
10 ... Upper electrode

Claims (8)

少なくとも一層のトンネルバリア層と、前記トンネルバリア層を挟んで設けられた磁気記録層および磁化固着層とを有し、前記磁気記録層が少なくとも2層のアモルファス磁性層とその間に挿入された非磁性層を含むことを特徴とする磁気抵抗効果素子。At least one tunnel barrier layer, a magnetic recording layer and a magnetization fixed layer provided with the tunnel barrier layer interposed therebetween, wherein the magnetic recording layer has at least two amorphous magnetic layers and a nonmagnetic layer inserted between them. A magnetoresistive element comprising a layer. 前記アモルファス磁性層が、下記一般式
Co−Fe−AA、Co−Fe−AA−AA2、Fe−AA−AA2、Co−AA−AA2、Co−Mn−AA−AA2、Fe−Cu−AA−AA2、およびCo−Fe−Ni−AA
(ここで、AAまたはAA2は、B,Si,Ge,Zr,Nb,P,Mo,Ta,N,C,Ti,Al,W,V,希土類および窒素からなる群より選択される少なくとも1種の元素である)
で表されることを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。
The amorphous magnetic layer has the following general formula: Co-Fe-AA, Co-Fe-AA-AA2, Fe-AA-AA2, Co-AA-AA2, Co-Mn-AA-AA2, Fe-Cu-AA-AA2. , And Co-Fe-Ni-AA
(Where AA or AA2 is at least one selected from the group consisting of B, Si, Ge, Zr, Nb, P, Mo, Ta, N, C, Ti, Al, W, V, rare earth and nitrogen. Is an element of
The magnetoresistive element according to claim 1, wherein:
前記アモルファス磁性層が、下記一般式
(Co1−a−b100−c−dX1X2
(ここで、MはFe,Ni,Mnから選ばれる少なくとも1種、TはTi,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W,Cuから選ばれる少なくとも1種、X1はB,Pから選ばれる少なくとも1種、X2はSi,Ge,C,Ga,N,F,O,Al,Snから選ばれる少なくとも1種、0.03≦a≦0.20(ただしMがNiの場合aは0.03≦a≦0.35)、0≦b≦0.10、5≦c≦30、0≦d≦25、15≦c+d≦30)
で表されることを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。
The amorphous magnetic layer is represented by the following general formula (Co 1-a-b M a T b) 100-c-d X1 c X2 d
(Where M is at least one selected from Fe, Ni and Mn, T is at least one selected from Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W and Cu, X1 is B, X2 is at least one selected from Si, Ge, C, Ga, N, F, O, Al and Sn, and 0.03 ≦ a ≦ 0.20 (where M is Ni) a is 0.03 ≦ a ≦ 0.35), 0 ≦ b ≦ 0.10, 5 ≦ c ≦ 30, 0 ≦ d ≦ 25, 15 ≦ c + d ≦ 30)
The magnetoresistive element according to claim 1, wherein:
前記アモルファス磁性層が、下記一般式
100−a−b−cX4
(ここで、TはFe,Co,Niから選ばれる少なくとも1種、AはCu,Ag,Auから選ばれる少なくとも1種、MはTi,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W,Mnから選ばれる少なくとも1種、X4はB,Si,P,C,O,N,F,Ge,Ga,Sn,Al,Pt,Rh.Pdから選ばれる少なくとも1種、0≦a≦8、2≦b≦20、2≦c≦35)
で表されることを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。
The amorphous magnetic layer, the following formula T 100-a-b-c A a M b X4 c
(Where T is at least one selected from Fe, Co and Ni, A is at least one selected from Cu, Ag and Au, M is Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, X4 is at least one selected from B, Si, P, C, O, N, F, Ge, Ga, Sn, Al, Pt, and Rh.Pd; 0 ≦ a ≦ 8, 2 ≦ b ≦ 20, 2 ≦ c ≦ 35)
The magnetoresistive element according to claim 1, wherein:
前記アモルファス磁性層が、下記一般式
Ni100−a−b−cFeX8
(ここで、MはTi,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W,Mn,Cu,Ga,Ge,Snから選ばれる少なくとも1種、X8はB,C,N,O,F,Pから選ばれる少なくとも1種、16≦a≦22、0≦b≦5、0≦c≦10)
で表されることを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。
The amorphous magnetic layer, the following general formula Ni 100-a-b-c Fe a M b X8 c
(Where M is at least one selected from Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Cu, Ga, Ge, Sn, and X8 is B, C, N, O, At least one selected from F and P, 16 ≦ a ≦ 22, 0 ≦ b ≦ 5, 0 ≦ c ≦ 10)
The magnetoresistive element according to claim 1, wherein:
前記非磁性層が、Ru,Cu,Ir,Cr,Ag,Au,Pt,TiW,W,TaNおよびTiNからなる群より選択されることを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the nonmagnetic layer is selected from the group consisting of Ru, Cu, Ir, Cr, Ag, Au, Pt, TiW, W, TaN, and TiN. 前記非磁性層の膜厚が1.4nm以上であることを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。2. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein said nonmagnetic layer has a thickness of 1.4 nm or more. 第1の方向に延在する第1の配線と、
前記第1の配線の上方に設けられ、前記第1の方向と交差する方向に延在する第2の配線と、
前記第1の配線と前記第2の配線との間に設けられた、請求項1乃至7のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子と
を備えたことを特徴とする磁気メモリ。
A first wiring extending in a first direction;
A second wiring provided above the first wiring and extending in a direction intersecting with the first direction;
8. A magnetic memory, comprising: the magnetoresistive element according to claim 1 provided between the first wiring and the second wiring.
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