專利名稱：存儲(chǔ)元件和存儲(chǔ)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非易失性存儲(chǔ)元件以及包含有該存儲(chǔ)元件的存儲(chǔ)裝置，所述非易失性存儲(chǔ)元件包括依靠鐵磁層的磁化狀態(tài)存儲(chǔ)信息的存儲(chǔ)層、絕緣層以及磁化方向固定的磁化固定層，并且所述非易失性存儲(chǔ)元件借助流過(guò)電流來(lái)改變存儲(chǔ)層的磁化方向。
背景技術(shù)：
在例如計(jì)算機(jī)等信息設(shè)備中，具有快速操作以及高密度的DRAM被廣泛用作隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。由于DRAM是斷電后信息就會(huì)丟失的易失性存儲(chǔ)器，所以信息不會(huì)丟失的非易失性存儲(chǔ)器是令人期望的。作為非易失性存儲(chǔ)器的選擇方案，借助磁體的磁化來(lái)記錄信息的磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(Magnetic Random Access Memory, MRAM)已經(jīng)引起了人們的關(guān)注，并且正處于發(fā)展中。作為MRAM中進(jìn)行記錄的一種方法，可以是通過(guò)電流磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)磁化的方法，或者例如是如日本專利申請(qǐng)公開(kāi)公報(bào)第2004-193595號(hào)中披露的借助在直接記錄層中注入自旋極化電子導(dǎo)致磁反轉(zhuǎn)的方法。特別地，使記錄電流隨著元件的尺寸變得更小的自旋注入磁化反轉(zhuǎn)已經(jīng)引起了人們的關(guān)注。另外，為了使元件微型化，已經(jīng)在研究例如像日本專利公開(kāi)公報(bào)第2009-81215號(hào)中所披露的使用磁體的磁化方向指向垂直方向的垂直磁化膜的方法。為了經(jīng)過(guò)半導(dǎo)體制造工藝流程，用于這樣的磁性存儲(chǔ)元件的垂直磁化膜需要具有高達(dá)大約300°C至400°C的耐熱性。然而，例如Tbi^eCo等普通的非晶體垂直磁化膜的耐熱性低。另外，F(xiàn)ePt等是有序相，為了獲得足夠的特性，大約700°C的高溫是必需的，但是構(gòu)成磁性存儲(chǔ)元件的隧道勢(shì)壘等無(wú)法承受高溫?zé)崽幚怼?br>
發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述原因，在利用自旋矩的磁性存儲(chǔ)器中期望實(shí)現(xiàn)這樣的磁性存儲(chǔ)器在 300°C至400°C之間適當(dāng)溫度的熱處理中獲得垂直磁化并且能夠運(yùn)用半導(dǎo)體工藝容易地制造。本發(fā)明實(shí)施例的存儲(chǔ)元件包括存儲(chǔ)層，所述存儲(chǔ)層具有與膜表面垂直的磁化， 并且所述存儲(chǔ)層的磁化的方向?qū)?yīng)信息而改變；磁化固定層，所述磁化固定層具有與膜表面垂直的磁化，并且所述磁化固定層的磁化是所述存儲(chǔ)層中存儲(chǔ)的信息的基準(zhǔn)；以及絕緣層，所述絕緣層是由氧化物構(gòu)成的，并且所述絕緣層設(shè)置于所述存儲(chǔ)層與所述磁化固定層之間，其中，通過(guò)在包含所述存儲(chǔ)層、所述絕緣層和所述磁化固定層的層疊結(jié)構(gòu)的層疊方向上注入自旋極化電子，所述存儲(chǔ)層的磁化的方向發(fā)生改變并且在所述存儲(chǔ)層進(jìn)行信息的記錄。此外，在所述存儲(chǔ)層與所述磁化固定層中的至少一者中，從與所述絕緣層相接觸的界面?zhèn)纫来涡纬捎泄纺ず秃蠳i的膜(Ni膜、NiB膜、Ni和Pd的合金膜或者Ni和Pd的層疊膜等)，并且加熱后形成有Ni和狗的梯度組分分布。所述含有Ni的膜是Ni膜、NiB膜、Ni和Pd的合金膜或者Ni和Pd的層疊膜等。本發(fā)明實(shí)施例的存儲(chǔ)裝置包括作為通過(guò)磁體的磁化狀態(tài)來(lái)保持信息的存儲(chǔ)元件的上述存儲(chǔ)元件，以及彼此交叉的兩種類型的布線。在所述存儲(chǔ)裝置中，所述存儲(chǔ)元件布置于所述兩種類型的布線之間，并且借助通過(guò)所述兩種類型的布線在所述層疊方向上流向所述存儲(chǔ)元件的電流來(lái)注入自旋極化電子。關(guān)于這樣的本發(fā)明實(shí)施例，盡管所述存儲(chǔ)層和所述磁化固定層是垂直磁化膜，但通過(guò)特別是在與諸如MgO等氧化物的所述絕緣層的界面上設(shè)置大量的狗獲得增大界面磁各向異性的效果。特別地，在通過(guò)使電流在中間隔著所述絕緣層(隧道勢(shì)壘層)的磁化固定層和所述存儲(chǔ)層之間流動(dòng)，利用根據(jù)極化電流的自旋矩進(jìn)行磁反轉(zhuǎn)的磁性存儲(chǔ)元件中，所述存儲(chǔ)層和所述磁化固定層在與所述絕緣層的界面上形成有具有適當(dāng)厚度的狗膜。此外，通過(guò)形成與所述狗膜相接觸的具有適當(dāng)厚度的含有Ni的膜并且進(jìn)行300°C 400°C之間的適當(dāng)溫度的熱處理，能夠獲得穩(wěn)定的垂直磁化膜。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在存儲(chǔ)元件中，通過(guò)在含有存儲(chǔ)層、絕緣層和磁化固定層的層疊結(jié)構(gòu)的層疊方向上注入自旋極化電子在存儲(chǔ)層中進(jìn)行信息的記錄，所述存儲(chǔ)元件的所述存儲(chǔ)層或所述磁化固定層具有依次形成的在與所述絕緣層的界面上的適當(dāng)厚度的狗膜和與所述狗膜相接觸的適當(dāng)厚度的含有Ni的膜。另外，在加熱之后形成有Ni和狗的梯度組分分布。關(guān)于這樣的存儲(chǔ)元件，通過(guò)進(jìn)行大約300°C 400°C之間的溫度的熱處理，能夠獲得穩(wěn)定的垂直磁化膜，并且能夠利用半導(dǎo)體工藝制造具有優(yōu)良可生產(chǎn)性的垂直磁化膜。也就是說(shuō)，本發(fā)明實(shí)施例的存儲(chǔ)元件的垂直磁化膜能夠?qū)崿F(xiàn)具有高耐熱性、易于應(yīng)用半導(dǎo)體工藝并且具有優(yōu)良可生產(chǎn)性的非易失性存儲(chǔ)器。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的存儲(chǔ)裝置的結(jié)構(gòu)概要的說(shuō)明圖；圖2是實(shí)施例的存儲(chǔ)元件的截面圖；圖3是進(jìn)行磁化特性測(cè)量的膜結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖；圖4A和圖4B圖示了 300°C和350°C的熱處理之后，關(guān)于MgO、Fe、Ni和Ta中!^e膜厚度(tFe)和Ni膜厚度(tNi)的垂直各向異性磁場(chǎng)的變化；圖5A和圖5B圖示了 400°C和450°C的熱處理之后，關(guān)于MgO、Fe、Ni和Ta中!^e膜厚度(tFe)和Ni膜厚度(tNi)的垂直各向異性磁場(chǎng)的變化；圖6是進(jìn)行磁化特性測(cè)量的膜結(jié)構(gòu)的另一說(shuō)明圖；圖7A和圖7B圖示了 300°C和350°C的熱處理之后，關(guān)于MgOJeld和Ta中!^e膜厚度(tFe)和Pd膜厚度(tPd)的垂直各向異性磁場(chǎng)的變化；
圖8A和圖8B圖示了 400°C和450°C的熱處理之后，關(guān)于MgOJeld和Ta中!^e膜厚度(tFe)和Pd膜厚度(tPd)的垂直各向異性磁場(chǎng)的變化；圖9A圖示了進(jìn)行磁化特性測(cè)量的膜結(jié)構(gòu)，圖9B圖示了 300°C的熱處理之后關(guān)于 MgO、Fe、Ni85B15和Ta中Fe膜厚度(tFe)和NiB膜厚度(tNiB)的垂直各向異性磁場(chǎng)的變化；圖IOA和圖IOB圖示了 350°C和400°C的熱處理之后，關(guān)于MgOJeji85B15和Ta中狗膜厚度(tFe)和NiB膜厚度(tNiB)的垂直各向異性磁場(chǎng)的變化；圖IlA圖示了進(jìn)行磁化特性測(cè)量的膜結(jié)構(gòu)，圖IlB圖示了 300°C的熱處理之后關(guān)于 MgO, Fe, Ni90B10和Ta中Fe膜厚度(tFe)和NiB膜厚度(tNiB)的垂直各向異性磁場(chǎng)的變化；圖12A和圖12B圖示了 350°C和400°C的熱處理之后，關(guān)于MgO、i^e、Ni9(1B1(1和Ta中狗膜厚度(tFe)和NiB膜厚度(tNiB)的垂直各向異性磁場(chǎng)的變化；圖13A圖示了進(jìn)行磁化特性測(cè)量的膜結(jié)構(gòu)，圖13B圖示了 350°C的熱處理之后關(guān)于 MgO、Fe、NiB和Ta的膜中各NiB組成的垂直各向異性磁場(chǎng)的NiB厚度依存性；圖14A圖示了進(jìn)行磁化特性測(cè)量的膜結(jié)構(gòu)，圖14B圖示了當(dāng)400°C的熱處理之后 MgO、Fe、Ni-Pd和Ta的膜中Ni-Pd的結(jié)構(gòu)改變時(shí)垂直各向異性磁場(chǎng)的Ni和Pd厚度依存性；圖15A圖示了進(jìn)行磁化特性測(cè)量的膜結(jié)構(gòu)，圖15B圖示了 350°C的熱處理之后 MgO、Fe-Co, Ni90B10和Ta的膜的垂直各向異性磁場(chǎng)的 ^-Co組成依存性；圖16A圖示了進(jìn)行磁化特性測(cè)量的膜結(jié)構(gòu)，圖16B圖示了 400°C的熱處理之后關(guān)于位于MgO、Fe、Ni, Fe和MgO的膜的上側(cè)的！^層的膜厚度的垂直各向異性磁場(chǎng)的變化；圖17是進(jìn)行磁化特性測(cè)量的膜結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖；以及圖18A圖示了 Ta、Ni85B15Je和MgO的膜的加熱溫度對(duì)于MgO界面附近的!^e相對(duì) Fe和Ni的總量的組成比的垂直各向異性磁場(chǎng)的變化，圖18B圖示了在熱處理之前和300°C 的熱處理之后的狗和Ni的組成比深度方向的變化。
具體實(shí)施例方式下文中將按照下面的順序說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。1.實(shí)施例的存儲(chǔ)裝置和存儲(chǔ)元件的結(jié)構(gòu)2.實(shí)驗(yàn)[2-1 =Fe-Ni][2-2 =Fe-Pd][2-3 =Fe-Ni85B15][2-4 =Fe-Ni90B10][2-5 =Fe-NiB中的NiB組成依存性][2-6 =Fe-(各種Ni/Pd)中的膜厚度依存性][2-7 =FeCo-NiB中的組分依存性][2-8 =Fe-Ni-Fe中的膜厚度依存性][2-9 :Fe、Ni的梯度組分分布]1.實(shí)施例的存儲(chǔ)裝置和存儲(chǔ)元件的結(jié)構(gòu)本發(fā)明的實(shí)施例通過(guò)借助自旋注入反轉(zhuǎn)存儲(chǔ)元件的存儲(chǔ)層的磁化的方向來(lái)進(jìn)行信息的記錄。存儲(chǔ)層是由諸如鐵磁層等磁體構(gòu)成的并且通過(guò)所述磁體的磁化狀態(tài)(磁化的方向)來(lái)保持信息。圖1中示出了作為本發(fā)明實(shí)施例的存儲(chǔ)裝置的結(jié)構(gòu)概要圖(示意圖)。該存儲(chǔ)裝置具有能夠通過(guò)磁化狀態(tài)保持信息的存儲(chǔ)元件3，存儲(chǔ)元件3布置在彼此交叉的兩種地址布線(例如字線和位線)的交叉點(diǎn)附近。也就是說(shuō)，在被例如硅基板等半導(dǎo)體基板10的元件分離層2分隔的部分中，分別形成有構(gòu)成用于選擇各存儲(chǔ)器單元的選擇晶體管的漏極區(qū)域8、源極區(qū)域7和柵極電極1。在這些部件中，柵極電極1還包括地址布線中的一種(例如，字線)，該種布線在圖中的縱向上延伸。漏極區(qū)域8是圖中左側(cè)和右側(cè)的選擇晶體管所共有的，漏極區(qū)域8與布線9相連接。此外，存儲(chǔ)元件3布置于源極區(qū)域7與在圖中的水平方向上延伸的另一地址布線 (例如，位線)6之間，該地址布線6布置在上方。存儲(chǔ)元件3包括由鐵磁層構(gòu)成的存儲(chǔ)層， 通過(guò)自旋注入來(lái)反轉(zhuǎn)所述鐵磁層的磁化方向。此外，存儲(chǔ)元件3布置于兩種地址布線(地址布線1和地址布線6)的交叉點(diǎn)附近。存儲(chǔ)元件3通過(guò)上下的接觸層4分別與位線6和源極區(qū)域7相連接。通過(guò)這樣的布置，能夠使電流通過(guò)地址布線1和地址布線6這兩種地址布線在縱向上流向存儲(chǔ)元件3，從而通過(guò)自旋注入反轉(zhuǎn)存儲(chǔ)層的磁化的方向。此外，圖2中圖示了實(shí)施例的存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)元件3的截面圖。如圖2中所示，在存儲(chǔ)元件3中，從下層側(cè)按順序?qū)盈B有基底層14、磁化固定層 15、絕緣層16、存儲(chǔ)層17和蓋層18。在此情況下，磁化固定層15被設(shè)置在相對(duì)于存儲(chǔ)層17的下層，存儲(chǔ)層17的磁化 M17的方向被自旋注入反轉(zhuǎn)。在自旋注入型存儲(chǔ)器中，通過(guò)存儲(chǔ)層17的磁化M17與磁化固定層15的磁化M15 的相對(duì)角度來(lái)規(guī)定信息“0”和信息“ 1 ”。在存儲(chǔ)層17與磁化固定層15之間設(shè)置有作為隧道勢(shì)壘層(隧道絕緣層)的絕緣層16，并且存儲(chǔ)層17和磁化固定層15構(gòu)成了磁隧道結(jié)(Magnetic Tunneling Junction, MTJ)元件。此外，磁化固定層15的下方形成有基底層14，存儲(chǔ)層17的上方形成有蓋層18。存儲(chǔ)層17是由包含其中磁化M17的方向在層表面垂直方向上自由地改變的磁矩 (magnetic moment)的鐵磁體構(gòu)成的。磁化固定層15是由包含其中磁化M15被固定至膜表面垂直方向的磁矩的鐵磁體構(gòu)成的。信息的存儲(chǔ)是通過(guò)具有單軸各向異性(uniaxial anisotropy)的存儲(chǔ)層17的磁化的方向來(lái)進(jìn)行的。寫入是通過(guò)引起自旋轉(zhuǎn)矩磁反轉(zhuǎn)(spin torque magnetic inversion) 來(lái)進(jìn)行的，自旋轉(zhuǎn)矩磁反轉(zhuǎn)是通過(guò)使一定閾值以上的電流在膜表面垂直方向上流動(dòng)引起的。這樣，磁化固定層15設(shè)置在通過(guò)自旋注入反轉(zhuǎn)磁化的方向的存儲(chǔ)層17的下層，并且磁化固定層15成為存儲(chǔ)層17的存儲(chǔ)信息(磁化方向)的基準(zhǔn)。由于磁化固定層15是信息的基準(zhǔn)，雖然磁化的方向不會(huì)由于記錄或讀取而改變， 但是磁化的方向也不必固定于特定的方向，只要相比于存儲(chǔ)層17，可以使矯頑力更大，厚度可以更厚或者可以使磁阻尼常數(shù)(magnetic damping constant)更大從而使磁化固定層15比存儲(chǔ)層17不易于移動(dòng)就可以了。在磁化將被固定的情況下，可以使諸如PtMn或IrMn等反鐵磁體與磁化固定層15 接觸，或者可以通過(guò)這樣的方式來(lái)間接地固定磁化固定層15 使與該反鐵磁體相接觸的磁體與諸如Ru等非磁體磁性接合。能夠這樣制造實(shí)施例的存儲(chǔ)元件3 在真空裝置中連續(xù)地進(jìn)行從基底層14至蓋層 18的形成，并且隨后通過(guò)例如蝕刻等處理形成存儲(chǔ)元件3的圖形。作為使用上述結(jié)構(gòu)的自旋轉(zhuǎn)矩的存儲(chǔ)元件3，實(shí)施例將要實(shí)現(xiàn)這樣的存儲(chǔ)元件 通過(guò)在大約300°C與400°C之間的合適溫度下的熱處理獲得垂直磁化，并且能夠使用半導(dǎo)體工藝容易地制造。也就是說(shuō)，實(shí)現(xiàn)這樣的結(jié)構(gòu)其中，容易地獲得作為存儲(chǔ)層17或磁化固定層15的
垂直磁化?？紤]到上面的實(shí)施例，在存儲(chǔ)層17或磁化固定層15中，在與絕緣層16 (隧道勢(shì)壘層)的界面上形成有適當(dāng)厚度的狗膜，并且與該狗膜相接觸地還形成有包含適當(dāng)厚度的 Ni的膜。上述包含Ni的膜例如是Ni膜、NiB膜、Ni和Pd的合金膜或者Ni和Pd的層疊膜寸。在此情況下，通過(guò)在300°C與450°C之間的適當(dāng)范圍內(nèi)進(jìn)行熱處理，獲得了穩(wěn)定的
垂直磁化膜。在熱處理之后，在存儲(chǔ)層17或者磁化固定層15中形成了 Ni和狗的梯度組分分布(graded composition distribution)。如稍后在圖18A和圖18B中所述，在與絕緣層 16的界面?zhèn)刃纬扇缦碌奶荻冉M分分布是適當(dāng)?shù)钠渲蠮e相對(duì)于Ni的組分比大(等于或大于 50% )。作為絕緣層16使用的氧化物膜，如果使用MgO，那么大的磁阻比(MR比)是優(yōu)選的。原因在于，通過(guò)增大MR比，提高了自旋注入的效率，并且因此減小了用來(lái)反轉(zhuǎn)存儲(chǔ)層17 的磁化M17的方向的電流密度。然而，即使使用MgO之外的例如Ti02、MgAl204或Al2O3等氧化物作為絕緣層16，這樣的氧化物對(duì)于存儲(chǔ)層17或磁化固定層15的垂直磁化都是有效的?？梢越柚褂醚趸锇胁牡腞F濺射法來(lái)生成這樣的氧化物，或者可以用金屬靶材在氧氣氛圍中形成上述膜。此外，可以通過(guò)這樣的氧化來(lái)形成上述氧化物在形成金屬層之后在氧氣氛圍中或者含有氧氣的等離子體氛圍中放置適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，或者可以使用化學(xué)氣相沉禾只(chemical vapor deposition, CVD)法。由于與上述氧化物相接觸的磁體的界面使用有一定量的Fe，所以如果Fe少于50 原子％，將無(wú)法獲得垂直磁化。此外，如果在界面以外含有過(guò)多的狗，則磁體的飽和磁化增大，并且無(wú)法獲得垂直磁化。因此，為了有效獲得垂直磁化，可以采用這樣的結(jié)構(gòu)其中，在與氧化物相接觸的部分具有狗并且在其它的部位是M等，從而磁體具有小的飽和磁化。然而，盡管在加熱時(shí)各層的元素相互擴(kuò)散并且上述膜得到了梯度組分，但是良好的垂直磁化膜是通過(guò)借助適當(dāng)?shù)卦O(shè)定狗的膜厚度和Ni的膜厚度形成和加熱而獲得的。盡管加熱溫度可以適當(dāng)?shù)嘏c!^e和Ni的適當(dāng)?shù)慕M成分布相混合，但使得氧化物層(例如，絕緣層16)的界面處的狗的組分比不低于50%的加熱溫度是優(yōu)選的。這里，即使使用Pd來(lái)代替Ni，由于在Pd中狗原子適當(dāng)擴(kuò)散并且在Pd層中引起磁化，所以也獲得與M相同的效果。因此，可以使用Ni和Pd的層疊或者Ni和Pd的合金作為含有Ni的膜。此外，可以在!^e膜或Ni膜中加入添加元素。即使將30原子％以下的Co作為磁性元素加入到狗膜中，垂直磁各向異性也不會(huì)大幅下降。此外，即使在Ni中加入一定量的添加元素，仍可保持垂直磁化。特別地，由于添加 B改善了垂直磁各向異性，所以添加B是優(yōu)選的。因此，在實(shí)施例中，在存儲(chǔ)層17上，從與絕緣層相接觸的界面?zhèn)纫来涡纬捎?^e膜和含有Ni的膜，并且熱處理之后在所述界面?zhèn)刃纬闪诉@樣的梯度組分分布 的組分比大于Ni的組分比。存儲(chǔ)層17位于例如由MgO形成的絕緣層16與由Ta等形成的蓋層18之間，從絕緣層16側(cè)看去，形成有!^e膜和Ni膜，并且!^e膜和Ni膜被加熱。在此情況下，!^e膜優(yōu)選具有0. 4 0. 5nm的膜厚度，而Ni膜優(yōu)選具有1. 7 2. 5nm
的膜厚度。這里，即使形成Pd膜來(lái)代替Ni膜，根據(jù)加熱溫度，垂直磁化仍然可以是容易的。此外，在存儲(chǔ)層17上，從絕緣層16側(cè)看去，形成有狗膜和NiB膜，并且狗膜和 NiB膜被加熱。在此情況下，NiB膜的組成優(yōu)選為B在20原子％以下。特別地，在NiB膜含有大約15原子％的B的情況下Je膜的膜厚度優(yōu)選為0. 4 0. 8nm,并且NiB膜的膜厚度優(yōu)選為1. 6 2. 6nm。此外，在NiB膜含有大約10原子％的B的情況下，F(xiàn)e膜的膜厚度優(yōu)選為0. 4 0. Ixm,并且NiB膜的膜厚度優(yōu)選為1. 0 3. Onm。此外，在存儲(chǔ)層17上，從絕緣層16側(cè)看去，形成有狗膜以及Ni和Pd的合金膜或者Ni和Pd的層疊膜，并且!^e膜以及Ni和Pd的合金膜或者Ni和Pd的層疊膜被加熱。此外，在這樣的存儲(chǔ)層17上，與絕緣層16側(cè)相接觸的狗膜可以添加有等于或小于30原子％的Co。此外，存儲(chǔ)層17可以具有這樣的結(jié)構(gòu)置于由諸如MgO等氧化物構(gòu)成的絕緣層16 與由另一氧化物(例如MgO)構(gòu)成的蓋層18之間，從與絕緣層16相接觸的界面?zhèn)纫来涡纬捎械谝还纺?、Ni膜和第二狗膜，并且所述第二狗膜與另一氧化物層(蓋層18)相接觸， 并且這樣的結(jié)構(gòu)可以被加熱。在此情況下，第一狗膜的膜厚度優(yōu)選為0. 4 0. 5nm，Ni膜的膜厚度優(yōu)選為1. 7 2. 5nm，第二狗膜的膜厚度優(yōu)選為0. 2 0. Ixm0當(dāng)然，在此情況下也可以考慮使用NiB膜、Ni和Pd的合金膜或者Ni和Pd的層疊膜來(lái)代替M膜。此外，在本實(shí)施例中，磁化固定層15也具有從與絕緣層相接觸的界面?zhèn)纫来涡纬傻墓纺ず秃蠳i的膜，并且熱處理之后磁化固定層15具有在所述界面?zhèn)壬瞎返慕M分比大于Ni的組分比0 等于或大于50% )的梯度組分分布，以上都是適當(dāng)?shù)摹慕^緣層16側(cè)看去，位于例如MgO形成的絕緣層16與Ta等形成的基底層14之間的磁化固定層15具有狗膜，并且在狗膜上形成有Ni膜，并且狗膜和Ni膜被加熱。
在此情況下，!^e膜優(yōu)選具有0. 4 0. 5nm的膜厚度，而Ni膜優(yōu)選具有1. 7 2. 5nm
的膜厚度。這里，即使形成Pd膜來(lái)代替Ni膜，根據(jù)加熱溫度，垂直磁化仍然可以是容易的。此外，在磁化固定層15上，從絕緣層16側(cè)看去，形成有狗膜和NiB膜，并且狗膜和NiB膜被加熱。在此情況下，NiB膜的組成優(yōu)選為B在20原子％以下。特別地，在NiB膜含有大約15原子％的B的情況下Je膜的膜厚度優(yōu)選為0. 4 0. 8nm,并且NiB膜的膜厚度優(yōu)選為1. 6 2. 6nm。此外，在NiB膜含有大約10原子％的B的情況下，F(xiàn)e膜的膜厚度優(yōu)選為0. 4 0. Ixm,并且NiB膜的膜厚度優(yōu)選為1. 0 3. Onm。此外，在磁化固定層15上，從絕緣層16側(cè)看去，形成有!^e膜以及Ni和Pd的合金膜或者Ni和Pd的層疊膜，并且!^e膜以及Ni和Pd的合金膜或者Ni和Pd的層疊膜被加熱。此外，在這樣的磁化固定層15上，與絕緣層16側(cè)相接觸的狗膜可以添加有等于或小于30原子％的Co。此外，磁化固定層15可以具有這樣的結(jié)構(gòu)置于由諸如MgO等氧化物構(gòu)成的絕緣層16與由另一氧化物(例如MgO)構(gòu)成的基底層14之間，從與絕緣層16相接觸的界面?zhèn)纫来涡纬捎械谝还纺ぁi膜和第二狗膜，并且所述第二狗膜與另一氧化物層(基底層14) 相接觸，并且這樣的結(jié)構(gòu)可以被加熱。在此情況下，第一狗膜的膜厚度優(yōu)選為0.4 0.5nm，Ni膜的膜厚度優(yōu)選為1.7 2. 5nm，第二狗膜的膜厚度優(yōu)選為0. 2 0. Ixm0當(dāng)然，在此情況下也可以考慮使用NiB膜、Ni和Pd的合金膜或者Ni和Pd的層疊膜來(lái)代替M膜。上述實(shí)施例的存儲(chǔ)元件3是這樣的存儲(chǔ)元件3 其中，存儲(chǔ)層17與磁化固定層15 中的一者或兩者具有從與絕緣層16相接觸的界面?zhèn)纫来涡纬傻?^e膜和含有M的膜，并且加熱后在與氧化物形成的絕緣層的界面上形成Ni和!^e的梯度組分分布。存儲(chǔ)元件3的垂直磁化膜(存儲(chǔ)層17或磁化固定層1 實(shí)現(xiàn)了具有高耐熱性、易于應(yīng)用半導(dǎo)體工藝并且具有優(yōu)良可生產(chǎn)性的非易失性存儲(chǔ)器。2.實(shí)驗(yàn)[2-1 =Fe-Ni]作為實(shí)驗(yàn)，使用樣本進(jìn)行磁特性測(cè)量，該樣本中與氧化物層相接觸的界面是！^ 膜，并且在狗膜上形成有M膜。首先，研究與各膜厚度相對(duì)的垂直各向異性磁場(chǎng)的變化。作為磁特性測(cè)量的樣本，如圖3中所示，在具有氧化物覆層的硅基板上通過(guò)DC磁控管濺射形成2nm的MgO膜，在該MgO膜上通過(guò)磁控管濺射形成狗膜和Ni膜，并且形成 5nm的Ta作為保護(hù)膜。在此情況下，認(rèn)為MgO膜、狗膜和Ni膜以及Ta層分別是絕緣層16、存儲(chǔ)層17和蓋層18的模型?；蛘?，可以認(rèn)為MgO膜、Fe膜和Ni膜以及Ta層分別是絕緣層16、磁化固定層15 和基底層14的模型。圖4A和圖4B以及圖5A和圖5B中圖示了在如下情況下的垂直磁各向異性磁場(chǎng) (Hk丄)在MgO、Fe、Ni和Ta如圖3中的順序?qū)盈B的膜中！^膜的厚度為tFe而Ni膜的厚度為tNi。橫軸是!^e膜的厚度tFe，縱軸是Ni膜的厚度tNi。垂直磁各向異性磁場(chǎng)Hk丄為正的情況是垂直磁化膜，垂直磁各向異性磁場(chǎng)Hk丄為負(fù)的情況是面內(nèi)磁化膜。然而，由于這里Hk丄沒(méi)有進(jìn)行過(guò)去磁修正，所以當(dāng)用于作為磁性存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)元件時(shí)，在Hk丄被用作微小圖形的情況下，即使Hk丄為負(fù)，達(dá)到一定程度時(shí)也能垂直磁化。圖4A和圖4B以及圖5A和圖5B分別圖示了在退火溫度是300°C、350°C、40(rC和 450°C的情況下熱處理后的結(jié)果。各圖中的等值線代表垂直各向異性磁場(chǎng)，并且黑圓圈“ ”是垂直磁化曲線的方形 (Mr, Ms)等于或大于0. 5的樣本，而白圓圈“O”是上述方形小于0. 5的樣本。Ms是飽和磁化，而Mr是殘留磁化，在完全垂直磁化的情況下，(Mr，Ms)為“1”;在面內(nèi)磁化的情況下，(Mr，Ms)為“0”。等于或大于0.5表明能夠獲得大致充分的垂直磁各向異性。從圖4A和圖4B以及圖5A和圖5B可以看出，盡管由垂直磁各向異性獲得的！^膜厚度和Ni膜厚度根據(jù)加熱處理而變化，但是在任何加熱溫度下都滿足獲得垂直磁化膜的條件并且顯示出良好的耐熱性。特別地，關(guān)于(Mr，Ms)等于或大于0.5的 樣本，在從MgO膜側(cè)依次形成有狗膜和 Ni膜的情況下Je膜的膜厚度可以是0. 4 0. 5nm,而Ni膜的膜厚度可以是1. 7 2. 5nm。在各膜厚度的范圍內(nèi)，通過(guò)在300°C 450°C之間適當(dāng)?shù)卦O(shè)定退火溫度的范圍，能夠獲得良好的垂直磁各向異性。也就是說(shuō)，通過(guò)形成垂直磁化膜(根據(jù)這樣的膜厚度條件的存儲(chǔ)層17或磁化固定層15)，能夠?qū)崿F(xiàn)具有高耐熱性、易于應(yīng)用半導(dǎo)體工藝并且具有優(yōu)良可生產(chǎn)性的非易失性存儲(chǔ)器。[2-2 =Fe-Pd]接著，使用Pd代替Ni來(lái)進(jìn)行測(cè)量。也就是說(shuō)，作為樣本，如圖6中所示，在具有氧化物覆層的硅基板上通過(guò)RF磁控管濺射形成2nm的MgO膜，在該MgO膜上通過(guò)DC磁控管濺射形成狗膜和Pd膜，并且形成5nm 的Ta作為保護(hù)膜。在此情況下，認(rèn)為MgO膜、Fe膜和Pd膜以及Ta層分別是絕緣層16、存儲(chǔ)層17和蓋層18的模型。或者，可以認(rèn)為MgO膜、Fe膜和Pd膜以及Ta層分別是絕緣層16、磁化固定層15和基底層14的模型。圖7A和圖7B以及圖8A和圖8B中圖示了在如下情況下的垂直磁各向異性磁場(chǎng) (Hk丄)在MgO, Fe、Pd和Ta如圖6中的順序?qū)盈B的膜中！^膜的厚度為tFe而Pd膜的厚度為tPd。橫軸是狗膜的厚度tFe，縱軸是Pd膜的厚度tPd。圖7A和圖7B以及圖8A和圖8B 中的等值線以及〇和眷的意義與上述圖4A和圖4B以及圖5A和圖5B中相同。圖7A和圖7B以及圖8A和圖8B分別圖示了在退火溫度是300°C、350°C、40(rC和 450°C的情況下熱處理后的結(jié)果。從圖7A和圖7B以及圖8A和圖8B可以看出，在使用Pd代替Ni的情況下，雖然通過(guò)300°C或350°C的熱處理沒(méi)有形成完全垂直磁化膜，但是通過(guò)400°C以上的熱處理獲得了
垂直磁化膜。
特別地，關(guān)于(Mr，Ms)等于或大于0. 5的 樣本，在從MgO膜側(cè)依次形成有狗膜和Pd膜的情況下，如果！^膜的膜厚度為0. 5 0. 7nm而Pd膜的膜厚度為1. 5 2. 5nm,則通過(guò)將退火溫度設(shè)定在400°C 450°C之間的適當(dāng)范圍，能夠獲得良好的垂直磁各向異性。也就是說(shuō)，即使在使用狗膜和Pd膜的情況下，通過(guò)形成垂直磁化膜(根據(jù)這樣的膜厚度條件的存儲(chǔ)層17或磁化固定層15)，能夠?qū)崿F(xiàn)具有高耐熱性、易于應(yīng)用半導(dǎo)體工藝并且具有優(yōu)良可生產(chǎn)性的非易失性存儲(chǔ)器。[2-3 =Fe-Ni85B15]接著，以使用Ni85B15的樣本來(lái)進(jìn)行測(cè)量。也就是說(shuō)，作為樣本，如圖9A中所示，在具有氧化物覆層的硅基板上形成2nm的 MgO,并且在MgO上形成狗膜和Ni85B15膜，并且形成5nm的Ta作為保護(hù)膜。也就是說(shuō)，圖3 的Ni膜被含有15原子％的B (硼)的Ni所代替。在此情況下，將MgO膜、狗膜和Ni85B15膜以及Ta層分別認(rèn)為是絕緣層16、存儲(chǔ)層 17和蓋層18的模型?；蛘?，可以將MgO膜、Fe膜和Ni85B15膜以及Ta層分別認(rèn)為是絕緣層 16、磁化固定層15和基底層14的模型。圖9B以及圖IOA和圖IOB中圖示了在如下情況下的垂直磁各向異性磁場(chǎng)(Hk丄) 在MgOJhNi85B15和Ta如圖9A中的順序?qū)盈B的膜中！^膜的厚度為tFe而NiB膜的厚度為 tNiB。橫軸是狗膜的厚度tFe，縱軸是Ni85B15膜的厚度tNiB。等值線以及〇和 的意義與上述圖4A和圖4B以及圖5A和圖5B中相同。圖9B以及圖IOA和圖IOB分別圖示了在退火溫度是300°C、350°C和400°C的情況下熱處理后的結(jié)果。在此情況下，盡管當(dāng)加熱溫度升高時(shí)垂直磁各向異性良好的區(qū)域縮小，但是即使在400°C的熱處理之后仍存在獲得垂直磁化的區(qū)域。特別地，關(guān)于(Mr，Ms)等于或大于0. 5的 樣本，在從MgO膜側(cè)依次形成有!^e膜和Ni85B15膜的情況下，如果Fe膜的膜厚度為0. 4 0. Snm而Ni85B15膜的膜厚度為1. 6 2. 6nm，則通過(guò)將退火溫度設(shè)定為300°C 400°C之間的適當(dāng)范圍，能夠獲得良好的垂直磁各向異性。也就是說(shuō)，即使在使用狗膜和Ni85B15膜的情況下，通過(guò)形成垂直磁化膜(根據(jù)這樣的膜厚度條件的存儲(chǔ)層17或磁化固定層15)，能夠?qū)崿F(xiàn)具有高耐熱性、易于應(yīng)用半導(dǎo)體工藝并且具有優(yōu)良可生產(chǎn)性的非易失性存儲(chǔ)器。[2-4 =Fe-Ni90B10]接著，通過(guò)改變NiB膜中B的比率來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。作為樣本，如圖IlA中所示，在具有氧化物覆層的硅基板上形成2nm的MgO，并且在 MgO上形成！^膜和Ni9tlB1O膜，并且形成5nm的Ta。也就是說(shuō)，該NiB膜的組分包含10原子％的B。在此情況下，仍將MgO膜、狗膜和Ni9tlBltl膜以及Ta層分別認(rèn)為是絕緣層16、存儲(chǔ)層17和蓋層18的模型?；蛘?，可以將MgO膜、Fe膜和Ni9tlBltl膜以及Ta層分別認(rèn)為是絕緣層16、磁化固定層15和基底層14的模型。圖IlB以及圖12A和圖12B中圖示了在如下情況下的垂直磁各向異性磁場(chǎng) (Hk丄)在MgO、Fe、Ni90B10和Ta如圖IlA中的順序?qū)盈B的膜中Fe的厚度為tFe而NiB的厚度為tNiB。橫軸是狗膜的厚度tFe，縱軸是Ni9tlBltl膜的厚度tNiB。等值線以及〇和 的意義與上述圖4A和圖4B以及圖5A和圖5B中相同。圖IlB以及圖12A和圖12B分別圖示了在退火溫度是300°C、350°C和400°C的情況下熱處理后的結(jié)果。在此情況下，盡管當(dāng)加熱溫度升高時(shí)垂直磁各向異性良好的區(qū)域也縮小，但是即使在400°C的熱處理之后仍存在獲得垂直磁化的區(qū)域。特別地，關(guān)于(Mr，Ms)等于或大于0. 5的 樣本，在從MgO膜側(cè)依次形成有!^e膜和Ni90B10膜的情況下，如果Fe膜的膜厚度為0. 4 0. 7nm而Ni90B10膜的膜厚度為1. 0 3. Onm，則通過(guò)將退火溫度設(shè)定為300°C 400°C之間的適當(dāng)范圍，能夠獲得良好的垂直磁各向異性。也就是說(shuō)，即使在使用狗膜和Ni9tlBltl膜的情況下，通過(guò)形成垂直磁化膜(根據(jù)這樣的膜厚度條件的存儲(chǔ)層17或磁化固定層15)，能夠?qū)崿F(xiàn)具有高耐熱性、易于應(yīng)用半導(dǎo)體工藝并且具有優(yōu)良可生產(chǎn)性的非易失性存儲(chǔ)器。[2-5 =Fe-NiB中NiB的組成依存性]這里，如圖13六中所示，在層疊有1%0(2歷)16、附8和1^(5歷)的膜結(jié)構(gòu)中，將!^e 的厚度固定為0. 5nm從而使垂直磁化相對(duì)易于獲得，并且改變NiB的組成，測(cè)量關(guān)于NiB各膜厚度的垂直各向異性磁場(chǎng)。圖13B中圖示了測(cè)量結(jié)果。作為NiB膜的組成，將B的原子％設(shè)定為10原子％、15原子％和20原子％，在NiB 膜的厚度對(duì)于各組成變化的情況下進(jìn)行測(cè)量。在圖13B中，橫軸是NiB膜的厚度，而縱軸是垂直磁各向異性磁場(chǎng)Hk丄(Oe)。此外，加熱溫度為350°C。出于比較的目的，除了 NiB膜之外，還圖示了圖3的Ni膜。根據(jù)圖13B，B的添加量越大，相對(duì)于MB的膜厚度的垂直磁各向異性磁場(chǎng)的變化就越小，并且獲得垂直磁化的范圍就越寬。特別地，各向異性磁場(chǎng)的最大值在10原子％的 B的附近最高。上面的結(jié)果表明，關(guān)于Ni的B的添加量?jī)?yōu)選為20原子％以下。此外，與未添加B的情況(Ni膜的情況)相比，當(dāng)添加了 B時(shí)，增大了在狗膜上形成的含有M的膜的厚度的自由度或裕度。[2-6 :Fe-(各種Ni/Pd)中的膜厚度依存性]接著，將說(shuō)明在使用各種膜作為在狗膜上形成的膜的情況。如圖14A中所示，各樣本的結(jié)構(gòu)如下Mg(K2nm)、Fe、陰影部的膜和Ta(5nm)。使用Ni膜、Pd膜、Ni5tlPd5tl合金膜、Pd和Ni的層疊膜以及Ni和Pd的層疊膜的各樣本分別作為陰影部。這樣的陰影部的膜厚度為t。Ni50Pd50合金膜是50原子％的Ni和50原子％的Pd的合金膜。Pd和Ni的層疊膜是在狗膜上形成Pd膜，并且在Pd膜上層疊Inm厚度的Ni膜。Ni和Pd的層疊膜是在！^膜上形成Ni膜，并且在Ni膜上層疊Inm厚度的Pd膜。圖14B中圖示了結(jié)果。加熱溫度為400°C。橫軸是圖14A的陰影部的膜厚度t，而縱軸是垂直磁各向異性磁場(chǎng)Hk丄(Oe)。這里，在Pd和Ni的層疊膜或者Ni和Pd的層疊膜的情況下，膜厚度t是Pd膜與 Ni膜的合計(jì)膜厚度。
從圖14B可以看出，在使用Ni與Pd的合金膜或者Ni與Pd的層疊膜的情況下，顯現(xiàn)出了單獨(dú)Ni與單獨(dú)Pd之間的特性。因此，如果需要，可以調(diào)整組成或者層疊層的膜厚度。[2-7 =FeCo-NiB中的組成依存性]接著，在向!^e膜添加Co的情況下研究垂直各向異性磁場(chǎng)。如圖15A 中所示，膜結(jié)構(gòu)為:2nm 的 Mg0、0. 5nm 的!^eCoJnm 的 Ni9tlBltl 和 5nm 的 Ta， 并且在350°C進(jìn)行熱處理。FeCo 膜是 i^ea。。_x)Cox，并且添加 X 原子％的 Co。圖15B中圖示了在Co的添加量(X原子％ )變化的情況下的垂直各向異性磁場(chǎng) Hk 丄(Oe)。雖然直到向!^e中添加20原子％的Co垂直磁化的變化都很小，但是任何進(jìn)一步的添加都降低了垂直磁各向異性，并且達(dá)到添加30原子％的Co時(shí)，僅能保持垂直磁化(垂直各向異性磁場(chǎng)Hk丄為正值)。也就是說(shuō)，在向!^e膜添加Co的情況下，添加等于或小于30原子％的Co是適當(dāng)?shù)摹2-8 =Fe-Ni-Fe中的膜厚度依存性]接著，將說(shuō)明上下均形成有MgO層的情況。如圖16A中所示，在具有氧化物覆層的硅基板上方形成有2nm的MgO、第一狗膜、 Ni膜、第二 !^e膜和2nm的MgO作為樣本。在此情況下，將在圖的下側(cè)的MgO膜；第一 Fe膜、Ni膜和第二狗膜狗膜；在圖的上側(cè)的MgO膜分別認(rèn)為是絕緣層16、存儲(chǔ)層17和蓋層18?；蛘撸部梢詫⒃趫D的下側(cè)的MgO膜；第一 Fe膜、Ni膜和第二狗膜狗膜；在圖的上側(cè)的MgO膜分別認(rèn)為是基底層14、磁化固定層15和絕緣層16。第一狗膜的膜厚度為0. 5nm,而Ni膜的膜厚度為2nm。此外，準(zhǔn)備其中第二狗膜的膜厚度^變化的樣本。圖16B中示出了在第二狗膜的膜厚度、e變化的情況下垂直各向異性磁場(chǎng) Hk丄(Oe)的!^e厚度依存性。加熱溫度被設(shè)定為400°C。當(dāng)?shù)诙纺さ暮穸仍?. 2nm以上0. 7nm以下的時(shí)候垂直各向異性磁場(chǎng)的增加是
顯著的。以這樣的方式，在相當(dāng)于存儲(chǔ)層17或磁化固定層15的層的上下均設(shè)置有氧化物層(例如MgO層)的情況下，通過(guò)在與上下的氧化物層的界面上布置狗膜，增強(qiáng)了在上述上下界面上的界面磁各向異性，這有利于垂直磁性膜的形成。也就是說(shuō)，存儲(chǔ)層17與磁化固定層15中的至少一者具有這樣的結(jié)構(gòu)置于氧化物形成的絕緣層16與另一氧化物層(蓋層18或基底層14)之間，從與絕緣層16相接觸的界面?zhèn)纫来涡纬捎械谝还纺?、Ni膜和第二狗膜，并且第二狗膜與上述另一氧化物層相接觸。 在此情況下，第二狗膜的膜厚度在0. 2 0. 7nm之間是適當(dāng)?shù)?。[2-9 :Fe、Ni的梯度組分分布]接著，如圖17中所示，通過(guò)依次形成5nm的Ta層、2nm的Ni85B15膜、0. 5nm的！^膜和Inm的MgO層，研究相對(duì)于加熱溫度變化的MgO界面上的i^/(Ni+Fe)的組成比以及垂直磁各向異性的變化。通過(guò)離子蝕刻期間擴(kuò)散的原子的質(zhì)量分析來(lái)進(jìn)行組成的分析。
圖18A中示出了相對(duì)于退火溫度(橫軸)的MgO層的界面上狗組成比i^/(Ni+Fe) (左縱軸，單位％ )和垂直磁各向異性Hk丄(右縱軸，單位Oe)。隨著加熱溫度上升，狗和Ni擴(kuò)散并且MgO層的界面的狗組成比降低。特別的， 在超過(guò)400°C的加熱處理時(shí)Je組成比降至50%以下，可以看到垂直磁各向異性Hk丄大幅減小。圖18B繪出了上述樣本在300°C的熱處理之前和之后在深度方向(厚度方向)上的狗和附的組成比。深度“0”被設(shè)定為MgO層的界面附近。由圖中可看出，通過(guò)熱處理，F(xiàn)e和Ni擴(kuò)散形成梯度組分膜。根據(jù)這樣的實(shí)驗(yàn)，可以看出在作為存儲(chǔ)層17或磁化固定層15的層中，在絕緣層16 的界面上，50%以上的!^e組成是適當(dāng)?shù)?。此外，雖然在狗膜和含有Ni的膜中Je和Ni通過(guò)熱處理分散并且形成了梯度組分分布，但是即使在圖3、圖9A、圖11A、圖13A、圖14A、圖15A和圖16A的情況下，仍然形成狗和附的梯度組分分布。這里，通過(guò)這樣的層結(jié)構(gòu)，在熱處理以后的狀態(tài)下，在絕緣層16 的界面上形成狗組成等于或大于50%的梯度組分分布是適當(dāng)?shù)?。也就是說(shuō)，在這些實(shí)施例中，如果將狗膜和Ni膜(或者NiB膜、或者Ni與Pd的合金膜、或者Ni與Pd的層疊膜)的各自的膜厚度設(shè)定為上述的膜厚度并且適當(dāng)?shù)卦O(shè)定加熱溫度，能夠形成這樣的存儲(chǔ)元件其中，在熱處理之后，形成有在絕緣層16的界面?zhèn)壬瞎放cNi的組成比等于或大于50%的梯度組分分布。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，依據(jù)設(shè)計(jì)要求和其他因素，可以在本發(fā)明所附的權(quán)利要求或其等同物的范圍內(nèi)進(jìn)行各種修改、組合、次組合以及改變。
權(quán)利要求
1.一種存儲(chǔ)元件，所述存儲(chǔ)元件包括存儲(chǔ)層，所述存儲(chǔ)層具有與膜表面垂直的磁化，并且所述存儲(chǔ)層的磁化的方向?qū)?yīng)信息而改變；磁化固定層，所述磁化固定層具有與膜表面垂直的磁化，并且所述磁化固定層的磁化是所述存儲(chǔ)層中存儲(chǔ)的信息的基準(zhǔn)；以及絕緣層，所述絕緣層是由氧化物構(gòu)成的，并且所述絕緣層設(shè)置于所述存儲(chǔ)層與所述磁化固定層之間，其中，通過(guò)在包含所述存儲(chǔ)層、所述絕緣層和所述磁化固定層的層疊結(jié)構(gòu)的層疊方向上注入自旋極化電子，所述存儲(chǔ)層的磁化的方向發(fā)生改變，并且在所述存儲(chǔ)層進(jìn)行信息的記錄，并且在所述存儲(chǔ)層與所述磁化固定層中的至少一者中，從與所述絕緣層相接觸的界面?zhèn)纫来涡纬捎泄纺ず秃蠳i的膜，并且在加熱后形成有Ni和!^e的梯度組分分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的存儲(chǔ)元件，其中， 所述含有Ni的膜是Ni膜，所述狗膜的膜厚度為0. 4nm 0. 5nm,并且所述Ni膜的膜厚度為1. 7nm 2. 5nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的存儲(chǔ)元件，其中，所述存儲(chǔ)層與所述磁化固定層中的至少一者具有這樣的結(jié)構(gòu)置于由氧化物構(gòu)成的所述絕緣層與另一氧化物層之間，從與所述絕緣層相接觸的界面?zhèn)纫来涡纬捎泄纺?、M膜和第二狗膜，并且所述第二狗膜與所述另一氧化物層相接觸，并且所述第二狗膜的膜厚度在0. 2nm 0. 7nm之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的存儲(chǔ)元件，其中，所述含有M的膜是含有20原子％以下的 B的NiB膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的存儲(chǔ)元件，其中，所述含有Ni的膜是含有大約15原子％的B的NiB膜， 所述狗膜的膜厚度為0. 4nm 0. 8nm,并且所述NiB膜的膜厚度為1. 6nm 2. 6nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的存儲(chǔ)元件，其中，所述含有Ni的膜是含有大約10原子％的B的NiB膜， 所述狗膜的膜厚度為0. 4nm 0. Ixm,并且所述NiB膜的膜厚度為1. Onm 3. Onm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的存儲(chǔ)元件，其中，所述含有M的膜是M和Pd的合金膜或者是Ni和Pd的層疊膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的存儲(chǔ)元件，其中，向所述狗膜添加有30原子％以下的Co。
9.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的存儲(chǔ)元件，其中，在所述存儲(chǔ)層與所述磁化固定層中的至少一者中，在加熱之后形成有這樣的梯度組分分布其中，在與所述絕緣層相接觸的界面?zhèn)裙废鄬?duì)于Ni的組成比等于或大于50%。
10.一種存儲(chǔ)裝置，所述存儲(chǔ)裝置包括存儲(chǔ)元件，所述存儲(chǔ)元件通過(guò)磁體的磁化狀態(tài)來(lái)保持信息；以及兩種類型的布線，所述兩種類型的布線彼此交叉，其中，所述存儲(chǔ)元件為權(quán)利要求1 9中任一項(xiàng)所述的存儲(chǔ)元件， 所述存儲(chǔ)元件布置于所述兩種類型的布線之間，并且借助通過(guò)所述兩種類型的布線在所述層疊方向上流向所述存儲(chǔ)元件的電流來(lái)注入自旋極化電子。
全文摘要
本發(fā)明涉及存儲(chǔ)元件和存儲(chǔ)裝置。所述存儲(chǔ)元件包括存儲(chǔ)層、磁化固定層和絕緣層，通過(guò)在包含所述存儲(chǔ)層、所述絕緣層和所述磁化固定層的層疊結(jié)構(gòu)的層疊方向上注入自旋極化電子，所述存儲(chǔ)層的磁化的方向發(fā)生改變并且在所述存儲(chǔ)層進(jìn)行信息的記錄，并且在所述存儲(chǔ)層與所述磁化固定層中的至少一者中，從與所述絕緣層相接觸的界面?zhèn)纫来涡纬捎蠪e膜和含有Ni的膜，并且在加熱后形成有Ni和Fe的梯度組分分布。所述存儲(chǔ)裝置包括上述存儲(chǔ)元件和兩種類型的布線，并且借助通過(guò)所述兩種類型的布線在所述層疊方向上流向所述存儲(chǔ)元件的電流來(lái)注入自旋極化電子。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)具有高耐熱性、易于應(yīng)用半導(dǎo)體工藝并且具有優(yōu)良可生產(chǎn)性的非易失性存儲(chǔ)器。
文檔編號(hào)H01L43/08GK102543176SQ20111040174
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月13日
發(fā)明者內(nèi)田裕行, 別所和宏, 大森廣之, 山根一陽(yáng), 淺山徹哉, 細(xì)見(jiàn)政功, 肥后豐 申請(qǐng)人:索尼公司