[发明专利]磁阻元件和磁存储器

说明书

技术领域

本发明涉及磁阻元件和磁存储器，例如涉及可通过例如供给电流记录信息的磁阻元件和磁存储器。

背景技术

希望使用铁磁材料的MRAM(磁随机存取存储器；以下也被称为磁存储器)成为保证非易失性、高速运行、大容量和低功耗的非易失性存储器。MRAM具有使用TMR(隧道式磁阻)效应的MTJ(磁隧道结)元件作为存储元件，并根据MTJ元件的磁化状态存储信息。

在基于由电流感应的磁场写入数据的常规的MRAM中，流向互连的电流的值随着微制造降低。因此难以供给充足的由电流感应的磁场。另外，在MTJ元件中记录信息所必需的磁场的强度随微制造增加。由此，使用基于互连电流的磁写入方案的126～256兆位这一代的MRAM将很快达到它们的理论极限。

提出了使用基于SMT(自旋动量转移)的写入方案的MRAM(例如，美国专利No.6256223)。即使当元件变小时，SMT(以下被称为自旋注入)也很少增加磁化切换所需要的电流密度。由此，高效的写入是可能的。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种磁阻元件，该磁阻元件包括：

包含磁性材料并具有具有(001)面取向的fct(面心四方)晶体结构的自由层，该自由层具有与膜面垂直并具有可通过自旋极化电子改变的方向的磁化；

夹住自由层并具有四方晶体结构和立方晶体结构中的一个的第一非磁性层和第二非磁性层；和

仅被设置在自由层的一侧和第一非磁性层的与具有自由层的表面相对的表面上并包含磁性材料的固定层，该固定层具有与膜面垂直并具有固定方向的磁化。

根据本发明的第二方面，提供一种磁阻元件，该磁阻元件包括：

包含磁性材料并具有具有(001)面取向的fct晶体结构的自由层，该自由层具有与膜面垂直并具有可通过自旋极化电子改变的方向的磁化，

夹住自由层并具有四方晶体结构和立方晶体结构中的一个的第一非磁性层和第二非磁性层；和

被设置在第一非磁性层的与具有自由层的表面相对的表面上并包含磁性材料的第一固定层，该第一固定层具有与膜面垂直并具有固定方向的磁化；以及

被设置在第二非磁性层的与具有自由层的表面相对的表面上并包含磁性材料的第二固定层，该第二固定层具有与膜面垂直并具有固定方向的磁化，

其中，第一非磁性层具有与第二非磁性层不同的电阻值。

根据本发明的第三方面，提供一种磁存储器，该磁存储器包括包含磁阻元件的存储单元和夹住磁阻元件并向磁阻元件供给电流的第一电极和第二电极。

附图说明

图1是示出根据第一实施例的MTJ元件10的结构的断面图；

图2是示出根据第一实施例的MTJ元件10的制造方法的断面图；

图3是接续图2示出MTJ元件10的制造方法的断面图；

图4是示出根据第二实施例的MTJ元件10的结构的断面图；

图5是示出根据第三实施例的MTJ元件10的结构的断面图；

图6是示出根据第四实施例的MTJ元件10的结构的断面图；

图7是示出根据第四实施例的MTJ元件10的制造方法的断面图；

图8是示出MTJ元件10的磁特性的示图；

图9是示出根据第五实施例的MTJ元件10的结构的断面图；

图10是示出根据第五实施例的MTJ元件10的制造方法的断面图；

图11是示出根据第六实施例的MTJ元件10的结构的断面图；

图12是示出根据第六实施例的MTJ元件10的制造方法的断面图；

图13是接续图12示出MTJ元件10的制造方法的断面图；

图14是接续图13示出MTJ元件10的制造方法的断面图；

图15是示出根据第七实施例的MTJ元件10的结构的断面图；

图16是示出根据第七实施例的MTJ元件10的制造方法的断面图；

图17是示出根据第八实施例的MRAM的配置的电路图；

图18是示出DSL(数字用户线)调制解调器的DSL数据路径部分的框图，以解释MRAM的应用例1；

图19是示出便携式电话终端的框图，以解释MRAM的应用例2；

图20是示出应用到卡(MRAM卡)上的MRAM的例子的平面图，以解释MRAM的应用例3；

图21是示出用于将数据传送给MRAM卡的传送装置的平面图；

图22是示出用于将数据传送给MRAM卡的传送装置的断面图；

图23是示出用于将数据传送给MRAM卡的装配型传送装置的断面图；以及