[发明专利]磁存储器元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁存储器元件及该磁存储器元件的制造方法，该磁存储器元件由包括存储层和参考层的多个垂直磁化层通过非磁性物质层叠而成，并通过在电流在这些层之间流动时所产生的自旋扭矩反转磁化来存储信息。

背景技术

在诸如电脑的信息装置中，高速运行的高密度DRAM(动态随机存取存储器)被广泛用作RAM(随机存取存储器)。然而，由于DRAM为易失性存储器，其信息在断电时会丢失，因此需要信息不会丢失的非易失性存储器。

作为非易失性存储器的候选者，通过磁化磁性材料存储信息的MRAM(磁性随机存取存储器)已引起人们的注意，并不断发展。

作为存储MRAM存储信息的方法，例如，涉及通过直接向存储层注入自旋极化电子感应磁化反转的公开号为2004-193595的日本未审查专利申请就公开了一种通过电流磁场反转磁化的方法。具体地，由于可减少存储电流、缩小元件的尺寸，自旋注入磁化反转已受到关注。

此外，为改进该元件，例如，如公开号为2009-81215的日本未审查专利申请所公开的，正在研究一种利用垂直磁化层的方法，该垂直磁化层能使磁性材料的磁化方向变为垂直的。

发明内容

然而，为实现更高容量的磁存储器，需要一种以低电流高速运行的磁存储器元件。

由于本发明基于对这一事实的认识，所以期望实现以低电流高速运行的磁存储器元件。

根据本发明的一种磁存储器元件，包括：存储层，在层表面上具有垂直磁化，其磁化方向根据信息而变；以及参考层，通过非磁性层与存储层相对设置，为信息的基准，同时在层表面上具有垂直磁化，其中，该存储器元件通过当电流在存储层、非磁性层以及参考层形成的层之间流动时所产生的自旋扭矩反转存储层的磁化来存储信息。而且，存储层在存储时的温度下的矫顽力为在室温下的矫顽力的0.7倍以下，在存储层的一侧上形成的电极的层面方向上的中央部的热导率低于其周边部的热导率。

例如，电极被形成为大致上具有中央部的厚度小于周边部的厚度的凹形截面，因此，低热导率的绝缘体被填充到形成于中央部的凹陷部分中。

可选地，电极具有管状，且管状的内部填充有低热导率的绝缘体。

一种本发明磁存储器元件的制造方法，包括，在参考层一侧的电极上形成至少有参考层、非磁性层和存储层的多层结构，其中，存储层在存储时的温度下的矫顽力为在室温下的矫顽力的0.7倍以下。而且，该方法包括，在存储层的一侧上形成另一个电极，其中，该另一电极中填充有低热导率的绝缘体，并且该电极的层面方向上的中央部的热导率低于其周边部的热导率。

作为磁存储器元件，虽然通过使用由自旋注入磁化反转方法引起的自旋扭矩实施存储可以减少存储过程中的电流，但仅此仍会限制减少电流。因此，期望通过存储过程中的热量来有效地减少磁化反转的电流。

配置存储层的垂直磁化层的去磁场在层面方向上的中央部很强。在中央部也容易发生磁化反转。

因此，在存储层侧的电极中，在层面方向上的中央部的热导率被设置为低于周边部的热导率。例如，可以优选通过布置低热导率材料促使温度增高易。从而可能有效地增加存储层层面中央部的温度，降低磁化反转电压，以及减少存储电流和存储时间。

具体地，当存储层结构形成为使得存储层在存储时的温度(约200℃)下的矫顽力为其在室温(如，23℃)下的矫顽力的0.7倍以下时，可在很大程度上实现这一效果。

通过本发明，可能实现非易失性存储器以低电流高速运行。

附图说明

图1是示出根据本发明实施方式使用磁存储器元件的磁存储器的视图。

图2A和图2B是示出根据实施方式的磁存储器元件的结构的视图。

图3A和图3B是示出作为比较例的普通磁存储器元件的结构的视图。

图4A到图4D是示出根据实施方式的磁存储器元件的第一结构实施例和工序的视图。

图5A到图5E是示出根据实施方式的磁存储器元件的第二结构实施例和工序的视图。

图6A到图6E是示出根据实施方式的磁存储器元件的第三结构实施例和工序的视图。

图7A到图7F是示出根据实施方式的磁存储器元件的第四结构实施例和工序的视图。

图8A和图8B是示出根据实施方式的磁存储器元件具体实施例的视图。

图9A和9B是示出根据实施例和比较例的温度分布计算结果，及在温度为200℃和23℃时矫顽力和反转电压比率关系的视图。

具体实施方式

下文将按以下顺序说明本发明的实施方式。

1.磁存储器结构概述