[发明专利]磁阻效应元件、半导体装置和电子设备

说明书

本发明提供了一种磁阻效应元件，该磁阻效应元件具有相对高的磁阻比(MR比)同时抑制了元件电阻(RA)。该磁阻元件设置有：第一氧化物绝缘层，布置在所述磁化固定层的一面侧；磁化自由层，布置在所述第一氧化物绝缘层的与所述磁化固定层侧相反的一侧，并具有垂直磁各向异性；第二氧化物绝缘层，布置在所述磁化自由层的与所述第一氧化物绝缘层侧相反的一侧；以及金属帽层，布置在所述第二氧化物绝缘层的与所述磁化自由层侧相反的一侧。第二氧化物绝缘层的膜厚大于第一氧化物绝缘层的膜厚。

技术领域

本技术(根据本公开的技术)涉及磁阻效应元件、半导体装置和电子设备。

背景技术

作为半导体装置，已知称为磁随机存取存储器(MRAM)的非易失性半导体装置。在该MRAM中，具有磁隧道结(MTJ)的磁阻效应元件被用作存储器单元的存储元件，在磁隧道结中，两个磁性层隔着设置在其间的薄绝缘膜而层叠。

对于磁阻效应元件，已经提出了各种结构。例如，专利文献1公开了一种具有层叠结构的磁阻效应元件，其中第一非磁性层设置在具有固定磁化方向的第一铁磁层与具有可变磁化方向的第二铁磁层之间，并且第二非磁性层进一步设置在第二铁磁层的与第一非磁性层相反的一侧。然后，还公开了第一铁磁层充当固定层，第二铁磁层充当记录层，并且第一非磁性层是含氧的绝缘体。此外，还公开了第一铁磁层或第二铁磁层中的至少一个包括含有至少一种3d过渡金属的铁磁材料，并且其膜厚被调整为3nm或更小，由此磁化方向通过与第一非磁性层的界面处的磁各向异性被控制为垂直于膜表面。此外，还公开了第二非磁性层充当控制第二铁磁层的磁化方向的控制层。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利申请特开No.2014-207469

发明内容

本发明要解决的问题

同时，通常使用与专利文献1中公开的磁阻效应元件的结构类似的结构，并且通常使用氧化镁(MgO)膜作为第一和第二非磁性层中的各非磁性层。在该结构中，作为第一非磁性层和第二磁性层中的各层的MgO膜通常被设定为约0.9nm至1.1nm的厚度。在元件电阻(RA)被设计为约8至10(Ω·um²)的情况下，第一非磁性层中的MgO膜的厚度被限制在约0.9nm至1nm。从膜形成时间的角度来看，第二非磁性层中的MgO膜的厚度通常形成在相同的膜厚范围内。

已经发现，当包括第一和第二非磁性层的磁阻效应元件在相对长的时间以相对高的温度经受处理时，第二铁磁层的磁特性会劣化，其中第一和第二非磁性层各自包括具有上述厚度的MgO膜。于是，发现有必要使用更厚的MgO膜作为第二非磁性层从而减轻磁特性的这种劣化并增强铁磁层的垂直磁各向异性。

然而，变得清楚的是，增加第二非磁性层(MgO膜)的厚度导致如下问题：电阻-面积乘积(元件(RA)的电阻R和面积A的乘积)增加且磁阻比(MA比)降低。

本技术的目的在于提供一种降低元件电阻(RA)并具有相对高的磁阻比(MR比)的磁阻效应元件以及包括该磁阻效应元件的半导体装置和电子设备。

问题的解决方案

根据本技术方面的磁阻效应元件包括：

磁化固定层；

第一氧化物绝缘层，设置在所述磁化固定层的一面侧；

磁化自由层，设置在所述第一氧化物绝缘层的与所述磁化固定层侧相反的一侧，并具有垂直磁各向异性；

第二氧化物绝缘层，设置在所述磁化自由层的与所述第一氧化物绝缘层侧相反的一侧；以及

金属帽层，设置在所述第二氧化物绝缘层的与所述磁化自由层侧相反的一侧。

所述第二氧化物绝缘层的厚度大于所述第一氧化物绝缘层的厚度。