[发明专利]存储元件和存储装置

说明书

相关申请的交叉参考

本申请包含与2010年12月13日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2010-276590所公开的内容相关的主题，因此将该日本优先权申请的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及非易失性存储元件以及包含有该存储元件的存储装置，所述非易失性存储元件包括依靠铁磁层的磁化状态存储信息的存储层、绝缘层以及磁化方向固定的磁化固定层，并且所述非易失性存储元件借助流过电流来改变存储层的磁化方向。

背景技术

在例如计算机等信息设备中，具有快速操作以及高密度的DRAM被广泛用作随机存取存储器。由于DRAM是断电后信息就会丢失的易失性存储器，所以信息不会丢失的非易失性存储器是令人期望的。

作为非易失性存储器的选择方案，借助磁体的磁化来记录信息的磁性随机存取存储器(Magnetic Random Access Memory，MRAM)已经引起了人们的关注，并且正处于发展中。

作为MRAM中进行记录的一种方法，可以是通过电流磁场反转磁化的方法，或者例如是如日本专利申请公开公报第2004-193595号中披露的借助在直接记录层中注入自旋极化电子导致磁反转的方法。特别地，使记录电流随着元件的尺寸变得更小的自旋注入磁化反转已经引起了人们的关注。

另外，为了使元件微型化，已经在研究例如像日本专利公开公报第2009-81215号中所披露的使用磁体的磁化方向指向垂直方向的垂直磁化膜的方法。

为了经过半导体制造工艺流程，用于这样的磁性存储元件的垂直磁化膜需要具有高达大约300℃至400℃的耐热性。

然而，例如TbFeCo等普通的非晶体垂直磁化膜的耐热性低。另外，FePt等是有序相，为了获得足够的特性，大约700℃的高温是必需的，但是构成磁性存储元件的隧道势垒等无法承受高温热处理。

发明内容

鉴于上述原因，在利用自旋矩的磁性存储器中期望实现这样的磁性存储器：在300℃至400℃之间适当温度的热处理中获得垂直磁化并且能够运用半导体工艺容易地制造。

本发明实施例的存储元件包括：存储层，所述存储层具有与膜表面垂直的磁化，并且所述存储层的磁化的方向对应信息而改变；磁化固定层，所述磁化固定层具有与膜表面垂直的磁化，并且所述磁化固定层的磁化是所述存储层中存储的信息的基准；以及绝缘层，所述绝缘层是由氧化物构成的，并且所述绝缘层设置于所述存储层与所述磁化固定层之间，其中，通过在包含所述存储层、所述绝缘层和所述磁化固定层的层叠结构的层叠方向上注入自旋极化电子，所述存储层的磁化的方向发生改变并且在所述存储层进行信息的记录。此外，在所述存储层与所述磁化固定层中的至少一者中，从与所述绝缘层相接触的界面侧依次形成有Fe膜和含有Ni的膜(Ni膜、NiB膜、Ni和Pd的合金膜或者Ni和Pd的层叠膜等)，并且加热后形成有Ni和Fe的梯度组分分布。

所述含有Ni的膜是Ni膜、NiB膜、Ni和Pd的合金膜或者Ni和Pd的层叠膜等。

本发明实施例的存储装置包括作为通过磁体的磁化状态来保持信息的存储元件的上述存储元件，以及彼此交叉的两种类型的布线。在所述存储装置中，所述存储元件布置于所述两种类型的布线之间，并且借助通过所述两种类型的布线在所述层叠方向上流向所述存储元件的电流来注入自旋极化电子。

关于这样的本发明实施例，尽管所述存储层和所述磁化固定层是垂直磁化膜，但通过特别是在与诸如MgO等氧化物的所述绝缘层的界面上设置大量的Fe获得增大界面磁各向异性的效果。

特别地，在通过使电流在中间隔着所述绝缘层(隧道势垒层)的磁化固定层和所述存储层之间流动，利用根据极化电流的自旋矩进行磁反转的磁性存储元件中，所述存储层和所述磁化固定层在与所述绝缘层的界面上形成有具有适当厚度的Fe膜。此外，通过形成与所述Fe膜相接触的具有适当厚度的含有Ni的膜并且进行300℃～400℃之间的适当温度的热处理，能够获得稳定的垂直磁化膜。

根据本发明的实施例，在存储元件中，通过在含有存储层、绝缘层和磁化固定层的层叠结构的层叠方向上注入自旋极化电子在存储层中进行信息的记录，所述存储元件的所述存储层或所述磁化固定层具有依次形成的在与所述绝缘层的界面上的适当厚度的Fe膜和与所述Fe膜相接触的适当厚度的含有Ni的膜。另外，在加热之后形成有Ni和Fe的梯度组分分布。关于这样的存储元件，通过进行大约300℃～400℃之间的温度的热处理，能够获得稳定的垂直磁化膜，并且能够利用半导体工艺制造具有优良可生产性的垂直磁化膜。