[发明专利]自旋轨道转矩型磁阻效应元件及其制造方法

说明书

本发明的目的在于，提供一种磁记录性优异且磁化反转所需的电流量小的自旋轨道转矩型磁阻效应元件。该自旋轨道转矩型磁阻效应元件具备：磁阻效应元件，其具有磁化方向被固定的第一铁磁性金属层、磁化方向变化的第二铁磁性金属层、以及被第一铁磁性金属层及第二铁磁性金属层夹持的非磁性层；自旋轨道转矩配线，其沿相对于上述磁阻效应元件的层叠方向交叉的第一方向延伸，与上述第二铁磁性金属层接合，上述第二铁磁性金属层的磁化的朝向为上述磁阻效应元件的层叠方向，上述第二铁磁性金属层具有形状各向异性，沿着上述第一方向的长度比沿着与上述第一方向及上述层叠方向正交的第二方向的长度更长。

技术领域

本发明涉及自旋轨道转矩型磁阻效应元件及其制造方法。

背景技术

已知有由铁磁性层和非磁性层的多层膜构成的巨大磁阻(GMR)元件、及非磁性层使用了绝缘层(隧道势垒层、势垒层)的隧道磁阻(TMR)元件。一般而言，与GMR元件相比，TMR元件的元件电阻较高，但磁阻(MR)比比GMR元件大。因此，作为磁传感器、高频部件、磁头及非易失性随机存取存储器(MRAM)用的元件，TMR元件备受关注。

MRAM利用夹持绝缘层的两个铁磁性层彼此的磁化的朝向变化时TMR元件的元件电阻变化这样的特性，读写数据。作为MRAM的写入方式，已知有利用电流形成的磁场进行写入(磁化反转)的方式、及利用沿磁阻效应元件的层叠方向流过电流而产生的自旋转移转矩(STT)进行写入(磁化反转)的方式。

近年来，MRAM要求高集成化(例如，参照专利文献1)。为了提高MRAM的集成度，需要使TMR元件小型化。但是，当使TMR元件小型化时，磁化的稳定性降低。磁化稳定性的降低成为热等的影响引起的数据改写的原因(例如，专利文献2)。MRAM为了数据的长期保存，不允许任意改写数据。

作为提高磁化的稳定性的方法，考虑增大铁磁性层体积的方法、提高铁磁性层的磁各向异性能量的方法。但是，磁各向异性能量是材料固有的，依赖于铁磁性层所使用的材料及铁磁性层与其它层的界面状态。为了实现数据的长期保存，要求将铁磁性层的体积设为规定的尺寸以上。因此，难以忽视这些限制来增大磁各向异性能量。此外，铁磁性层为薄膜，体积与面积为大致同值。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-207469号公报

专利文献2：日本特开2011-138604号公报

非专利文献

非专利文献1：I.M.Miron，K.Garello，G.Gaudin，P.-J.Zermatten，M.V.Costache，S.Auffret，S.Bandiera，B.Rodmacq，A.Schuhl，and P.Gambardella，Nature，476，189(2011).

发明内容

发明所要解决的技术问题

自旋转移转矩(STT)的大小根据沿磁阻效应元件的层叠方向流动的电流的电流密度决定。因此，为了通过STT进行磁化反转，要求电流密度为规定的值以上。另一方面，提高磁阻效应元件的热稳定性需要“规定的尺寸以上的面积”。因此，为了驱动通过STT进行磁化反转的元件，需要沿磁阻效应元件的层叠方向流过“规定的值以上的电流密度”乘以“规定的尺寸以上的面积”得到的电流量的电流。

但是，当流过一个TMR元件或GMR元件的电流量变多时，对元件的寿命造成影响。例如，TMR元件的绝缘层产生绝缘破坏，元件不能记录数据。

另外，当流过一个TMR元件或GMR元件的电流量变多时，作为MRAM整体需要的电流量变大。例如，在将元件并联连接的情况下，MRAM整体中需要“一个元件所需要的电流量”ד元件数”的总电流。