[发明专利]自旋轨道转矩型磁化反转元件和磁存储器

说明书

本实施方式涉及的自旋轨道转矩型磁化反转元件具有：铁磁性金属层，其磁化方向发生变化；自旋轨道转矩配线，其沿与上述铁磁性金属层的层叠方向交叉的第一方向延伸，并与上述铁磁性金属层接合；和两个通孔配线，其从上述自旋轨道转矩配线的与上述铁磁性金属层相反侧的表面沿交叉的方向延伸，并与半导体电路连接，上述两个通孔配线的上述第一方向的通孔间距离比上述铁磁性金属层的上述第一方向的宽度短。

技术领域

本发明涉及自旋轨道转矩型磁化反转元件和磁存储器。

本申请基于2017年9月4日日本所提出的特愿2017－169733号主张优选权，在此引用其内容。

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磁阻(GMR)元件和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。这些元件作为磁传感器、高频部件、磁头以及非易失性随机存储器(MRAM)用的元件备受关注。

在MRAM中，利用夹着绝缘层的两个铁磁性层彼此的磁化方向发生变化时GMR元件或TMR元件的元件电阻发生变化这种特性读写数据。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、或利用在磁阻效应元件的层叠方向流动电流而产生的自旋转移转矩(STT)进行写入(磁化反转)的方式。

从能量的效率的观点来考虑，使用了STT的TMR元件的磁化反转是有效的，但用于进行磁化反转的反转电流密度高。从TMR元件的长寿命的观点来看，希望该反转电流密度低。该点对于GMR元件也同样。

因此，近年来，作为降低反转电流的方法，利用了通过自旋轨道相互作用生成的纯自旋流的磁化反转备受关注(例如，非专利文献1)。其机制尚未充分明确，但认为通过自旋轨道相互作用生成的纯自旋流或异种材料的界面的拉什巴Rashba效应诱导自旋轨道转矩(SOT)，产生磁化反转。纯自旋流通过向上自旋的电子和向下自旋电子以相同数量彼此反向流动而产生，电荷的流动相互抵消。因此，在磁阻效应元件上流过的电流为零，期待磁阻效应元件的长寿命化。

这些磁性元件相比于单独使用，多少情况为集中使用。多个元件分别与半导体电路连接，成为集成电路(IC)。磁阻效应元件通过层叠多个原子层级的层而成。因此，与组装在现有的集成电路的电容器或二极管等比较，为了组装在集成电路内而要求更精密的控制。

例如，层叠有磁阻效应元件的层叠面的微小凹凸引起磁阻效应元件的磁阻变化率的降低以及特性的偏差。因此，专利文献1～3记载的磁性元件使形成通孔配线的位置和层叠有磁阻效应元件的层叠面在面内方向错开(例如，专利文献1～3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010－10485号公报

专利文献2：日本特开2012－186372号公报

专利文献3：日本特开2014－82353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

但是，当磁阻效应元件和通孔配线存在于面内方向的不同的位置时，需要确保磁阻效应元件和通孔配线的各自的面积，不能有效地使多数的元件集成在一个集成电路内。

另外，将通孔配线配置为与磁阻效应元件的面内位置重叠时，扰乱层叠有磁阻效应元件的层叠面的平坦性的可能性高，本领域技术人员回避该情况。