[发明专利]磁阻效应元件和磁存储器

说明书

相关申请的交叉引用

通过参考将于2012年1月20日提交的日本专利申请No.2012-010359的公开，包括说明书、附图、以及摘要整体并入到这里。

技术领域

本发明涉及一种磁阻效应元件和磁存储器。具体地，本发明涉及一种使用垂直磁化膜的磁阻效应元件和磁存储器。

背景技术

在诸如磁随机存取存储器（MRAM）的磁存储器中，磁阻效应元件被用作存储单元。典型的磁阻效应元件具有磁隧道结（MTJ），其中隧道势垒层介于两个铁磁层之间。

MTJ的电阻值根据两个铁磁层的磁化状态而变化。具体地，MTJ在两个铁磁层的磁化方向“不平行”的情况下的电阻值（R+ΔR）大于它们在“平行”情况下的电阻值（R）。因此，能够通过固定一个铁磁层的磁化方向并且使另一个铁磁层的磁化方向反转来改变MTJ的电阻值。

这种电阻值的大小与数据“1”或“0”有关。也就是说，磁阻效应元件通过利用MTJ的电阻值的变化而以非易失性的方式存储数据。在两个铁磁层中，以下将具有固定的磁化方向的层称为“数据参考层”。以下将磁化状态根据存储数据而变化的另一铁磁层称为“数据存储层”。

通过改变数据存储层的磁化状态来写数据。可以列举外部磁场应用方法、自旋注入方法、以及畴壁位移方法作为用于写数据的方法。专利文献1公开了使用自旋注入方法或畴壁位移方法的MRAM。此外，专利文献2公开了使用垂直磁化膜的畴壁位移型的MRAM。根据专利文献2，通过形成具有垂直磁化膜的数据存储层可以充分地降低写电流。

通过使读出电流通过隧道势垒层在数据存储层与数据参考层之间流动并且检测MTJ的电阻值的大小来读数据。在这个时候，对于准确且快速地判断数据期望的是MR率（ΔR/R)尽可能地高。也就是说，高MR率对于实现良好读出性质是必不可少的。

专利文献3和非专利文献1公开了可实现高MR率的膜配置。根据专利文献3，隧道势垒层是单晶结构的MgO膜并且与隧道势垒层接触的铁磁层的一部分处于非晶态。根据非专利文献1，隧道势垒层是MgO膜并且在MgO膜之上和之下形成了CoFeB膜作为界面。也就是说，形成了MgO膜介于两个CoFeB膜之间的“CoFeB/MgO/CoFeB”结构。据报道“CoFeB/MgO/CoFeB”结构有助于提高MR率。

[上述技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]

日本未审查专利公开No.2009-200123

[专利文献2]

WO2009/001706

[专利文献3]

日本未审查专利公开No.2006-80116

[非专利文献]

[非专利文献1]

Djayaprawira等人,230%room-temperature magnetoresistance in CoFeB/MgO/CoFeB magnetic tunnel junctions,Applied Physics Letters,86,092502，2005。

发明内容

本发明人已经发现使用垂直磁化膜的磁阻效应元件有以下问题。问题在于数据存储层和数据参考层的垂直磁各向异性由于随后处理中的高温热处理而偶尔劣化。数据存储层和数据参考层的垂直磁各向异性的劣化导致MR率劣化。希望抑制由于高温热处理引起的MR率劣化，换句话说，提高“耐热性”。

其它问题和新颖特征将通过说明书中的描述以及附图而显而易见。

在实施例中，磁阻效应元件包括数据存储层、数据参考层、以及介于数据存储层与数据参考层之间的MgO膜。数据存储层包括与MgO膜接触的CoFeB膜、垂直磁化膜、以及介于CoFeB膜与垂直磁化膜之间的Ta膜。CoFeB膜通过Ta膜磁耦合到垂直磁化膜。

在另一实施例中，磁阻效应元件包括数据存储层、数据参考层、以及介于数据存储层与数据参考层之间的MgO膜。数据参考层包括与MgO膜接触的CoFeB膜、垂直磁化膜、以及介于CoFeB膜与垂直磁化膜之间的Ta膜。CoFeB膜通过Ta膜磁耦合到垂直磁化膜。

在又一个实施例中，磁阻效应元件包括数据存储层、数据参考层、以及介于数据存储层与数据参考层之间的MgO膜。数据存储层包括与MgO膜接触的CoFeB膜以及磁耦合到CoFeB膜的垂直磁化膜。垂直磁化膜包括Co/Pt/Co层叠结构。

根据实施例，在使用垂直磁化膜的磁阻效应元件中可以抑制由于高温热处理所引起的MR率劣化。

附图说明