專利名稱：存儲元件和存儲器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種存儲元件，其包括存儲鐵磁層的磁化狀態(tài)作為信息的存儲層以及磁化方向固定的磁化固定層。更具體地，本發(fā)明涉及一種存儲元件，其中，使電流能夠以垂直于膜表面的方向流動來注入自旋極化電子(spin-polarized electron)，以改變存儲層的磁化方向；并且還涉及一種存儲器，其包括適用于非易失性存儲器的存儲元件。
背景技術：
高速和高密度的DRAM已廣泛用作諸如計算機的信息設備中的隨機存取存儲器。
然而，由于DRAM是在電源斷開時會刪除信息的易失性存儲器，所以需要在電源斷開時能夠保持信息的非易失性存儲器。
例如，Nikkei電子(2001年2月12日(164～171頁))公開通過磁性材料的磁化來記錄信息的磁性隨機存取存儲器(MRAM)已引起關注并已逐步發(fā)展成為潛在的非易失性存儲器。
在MRAM中，記錄信息以使電流能夠分別流入彼此幾乎垂直的兩種地址配線(字線(word line)和位線(bit line))中，以基于由每個地址配線所產(chǎn)生的電流磁場，使在地址配線的交叉點中的磁性存儲元件的磁性層的磁化反向。
圖1示出了典型MRAM的示意圖(斜視圖)。
在由諸如硅襯底的半導體襯底110的元件隔離層102隔離的區(qū)域中，分別形成漏極區(qū)108、源極區(qū)107、和柵電極101，它們構成用于選擇各個存儲單元的選擇晶體管。
在柵電極101上設置沿圖中的縱向延伸的字線105。
同樣，在圖中的左和右選擇晶體管上形成漏極區(qū)108，并且將配線109連接至漏極區(qū)108。
每個均具有其中使磁化方向反向的存儲層的磁性存儲元件103被置于字線105和位線106之間，位線106置于字線105上并且沿圖中的橫向延伸。例如，磁性存儲元件103由磁隧道結元件(MTJ元件)形成。
另外，磁性存儲元件103通過水平方向的旁路線111和垂直方向的接觸層104電連接至源極區(qū)107。
使電流分別流入字線105和位線106中來將電流磁場施加至磁性存儲元件103，以反向磁性存儲元件103的存儲層的磁化方向來記錄信息。
為了使諸如MRAM的磁性存儲器能夠穩(wěn)定保持所記錄的信息，用以記錄信息的磁性層(存儲層)優(yōu)選地可具有一定的抗磁力(coercive force)。
另一方面，為了重寫所記錄的信息，可以優(yōu)選地使一定量的電流流入地址配線中。
然而，由于形成MRAM的元件的尺寸不斷減小，因而地址配線變細，因此可能無法使充足量的電流流入配線。
例如，第2003-17782號日本專利申請公開、第6256223號美國專利、Phys.Rev.B 54.9353(1996)、和J.Magn.Mat.159.L1(1996)分別公開了多種被配置為采用通過自旋注入進行磁化反向的存儲器，由于這些存儲器能夠使用較少量的電流來進行反向，因而已引起了關注。
在通過自旋注入進行的磁化反向中，通過流過磁性材料而被自旋極化的電子被注入另一磁性材料中，從而在其他磁性材料中磁化反向。
例如，使電流以垂直于元件的膜表面的方向流入巨磁阻元件(GMR元件)或磁隧道結元件(MTJ元件)，以反向元件的至少一些磁性層的磁化方向。
通過自旋注入進行磁化反向的優(yōu)勢在于，即使元件的尺寸減小，仍然可以反向磁化，而不增加電流量。
圖8和圖9示出了經(jīng)配置用于利用通過自旋注入進行上述磁化反向的存儲器的示意圖；圖8是斜視圖，以及圖9是截面圖。
在通過諸如硅襯底的半導體襯底60的元件隔離層52隔離的區(qū)域中，分別形成漏極區(qū)58、源極區(qū)57、和柵電極51，它們形成了用于選擇各個存儲單元的選擇晶體管。另外，柵電極51還作為沿圖8中的縱向延伸的字線。
同樣，在圖8中的左和右選擇晶體管上均形成漏極區(qū)58，并且配線59連接至漏極區(qū)58。
每個均具有其中通過自旋注入反向磁化方向的存儲層的存儲元件53被置于源極區(qū)57和位線56之間，位線56置于源極區(qū)57上并且沿圖8中的橫向延伸。
例如，通過磁隧道結元件(MTJ元件)形成存儲元件53。圖中的附圖標號61和62表示磁性層。兩個磁性層61和62中的一個是其中磁化方向固定的磁化固定層，另一個為其中磁化方向改變的磁化自由層，具體來說就是存儲層。
存儲元件53通過上或下接觸層54分別連接至位線56和源極區(qū)57。因此，可以通過能夠使電流流入存儲元件53中的自旋注入來使存儲層的磁化方向反向。
與圖1中所示的普通MRAM相比，這種經(jīng)過配置用于利用通過自旋注入進行磁化反向的存儲器的特征在于，該存儲器能夠具有更簡化的裝置結構。
經(jīng)過配置用于利用通過自旋注入進行磁化反向的存儲器比通過外部磁場來使磁化反向的普通MRAM更具優(yōu)勢，因為盡管元件的尺寸進一步縮小，但寫電流的量卻不增加。
在MRAM中，寫配線(字線和位線)被設置成與存儲元件相分離，并且基于通過使電流流入寫配線中所生成的電流磁場來寫(記錄)信息。因此，可能足以使用于進行寫操作所必需量的電流能夠流入寫配線中。
另一方面，在經(jīng)過配置用于利用通過自旋注入進行磁化反向的存儲器中，優(yōu)選地通過使電流流入存儲元件中來執(zhí)行自旋注入，以使存儲層的磁化方向反向。
由于是通過以此方式使電流直接流入存儲元件中來寫(記錄)信息的，所以將存儲元件連接至選擇晶體管來形成存儲單元，以選擇待寫的存儲單元。在此情況下，能夠流入存儲元件的電流量被限制到能夠流入該選擇晶體管的電流量(選擇晶體管的飽和電流)。
因此，優(yōu)選地使用量等于或小于選擇晶體管的飽和電流的電流來執(zhí)行寫，并且優(yōu)選地通過改進自旋注入效率來減少流入存儲元件的電流量。
為了放大讀信號，可以優(yōu)選地確保高磁阻改變率。為了確保高磁阻改變率，有效提供一種具有以下結構的存儲元件，在上述結構中，與存儲層的兩面相接觸的中間層形成隧道隔離層(隧道壁壘層)的結構的存儲元件是有效的。
當以此方式將隧道隔離層用作中間層時，限制能夠流入存儲元件中的電流量，以防止隧道隔離層的介質(zhì)擊穿(dielectricbreakdown)。鑒于此，優(yōu)選地可以抑制自旋注入期間的電流量。

發(fā)明內(nèi)容
存儲器優(yōu)選地存儲并保持由電流寫的信息。因此，優(yōu)選地確保存儲層具有抗熱起伏的穩(wěn)定性(熱穩(wěn)定性)。
利用通過自旋注入進行磁化反向的存儲元件具有存儲層，該存儲層的容積小于相關技術中MRAM的存儲層的容積。因此，該存儲元件可能有助于降低熱穩(wěn)定性。
當不能確保存儲層的熱穩(wěn)定性時，已反向的磁化方向會由于加熱而反向，從而引起寫錯誤。
因此，在利用通過自旋注入進行磁化反向的存儲元件中，熱穩(wěn)定性是非常重要的性質(zhì)。
通常，在寫過程中不消耗大量能量的元件中，能量壁壘很低，因而很容易刪除信息。
另一方面，在寫過程中消耗大量能量的元件可以形成高能量壁壘，因而，可以穩(wěn)定保持信息。
當比較利用通過自旋注入進行磁化反向并且經(jīng)過配置具有相等自旋注入效率的存儲元件時，包括具有更大的飽和磁化和更大的容積的存儲層的這種存儲元件具有更高的熱穩(wěn)定性，同時，可能在寫過程中需要更大的電流。
熱穩(wěn)定性指數(shù)通常可由熱穩(wěn)定性參數(shù)(Δ)來表示。
熱穩(wěn)定性參數(shù)(Δ)由公式Δ＝KV/kT得到(K各向異性能量，V存儲層的容積，k玻耳茲曼常數(shù)，T溫度)。
因此，為了能夠通過配置有通過自旋注入來使磁化方向反向的存儲層的存儲元件形成存儲器，優(yōu)選地，可以改進自旋注入效率，以使可以用于磁化反向所必須的電流的量減少為等于或小于晶體管的飽和電流，并且優(yōu)選地，確保熱穩(wěn)定性，以穩(wěn)定保持所寫信息。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種可以改進熱穩(wěn)定性而不增加寫電流的量的存儲元件，以及一種包括該存儲元件的存儲器。
根據(jù)本發(fā)明實施例的存儲元件包括基于磁性材料的磁化狀態(tài)來保持信息的存儲層。在本實施例中，通過中間層對存儲層設置磁化固定層；中間層包括絕緣體；自旋極化電子以堆疊方向注入以改變存儲層的磁化方向，從而將信息記錄在存儲層中；以及超細氧化物分散在形成存儲層的鐵磁層的整個或部分中。
根據(jù)本發(fā)明實施例的存儲器包括具有基于磁性材料的磁化狀態(tài)來保持信息的存儲層的存儲元件；以及彼此相交的兩種配線，其中，該存儲元件被配置成本發(fā)明實施例的存儲元件；該存儲元件置于兩種配線的交叉點附近和兩種配線之間；以及電流通過兩種配線以堆疊方向流入存儲元件中，以注入自旋極化電子。
根據(jù)本發(fā)明的上述實施例的存儲元件經(jīng)過配置包括基于磁性材料的磁化狀態(tài)來保持信息的存儲層。在本實施例中，通過中間層對存儲層設置磁化固定層；以及自旋極化電子以堆疊方向注入以改變存儲層的極化方向，從而將信息記錄在存儲層中。因此，可通過使電流以堆疊方向流動注入自旋極化電子來記錄信息。
使超細氧化物分散在形成存儲層的鐵磁層的整個或部分中，從而與鐵磁層僅由鐵磁材料形成的情況相比，存儲層可具有增加的抗磁力。存儲層可具有以此方式增加的抗磁力，因而，存儲層可具有改進的熱穩(wěn)定性。
另外，使超細氧化物分散在形成存儲層的鐵磁層的整個或部分中，以使存儲層可具有增加的抗磁力，而不增加存儲層的飽和磁化量。
因此，可充分確保存儲層的熱穩(wěn)定性，而不增加使存儲層的磁化方向轉向所必需的寫電流的量。
根據(jù)本發(fā)明的上述實施例的存儲器經(jīng)過配置包括具有基于磁性材料的磁化狀態(tài)來保持信息的存儲層的存儲元件；以及彼此相交的兩種配線，其中，該存儲元件被配置成本發(fā)明實施例的存儲元件；存儲元件置于兩種配線的交叉點附近并且置于兩種配線之間；以及電流通過兩種配線以堆疊方向流入存儲元件中，以注入自旋極化電子。因此，可通過使電流通過兩種配線以存儲元件的堆疊方向流動進行的自旋注入來記錄信息。
另外，可充分確保存儲層的熱穩(wěn)定性而不增加反向存儲元件的存儲層的磁化方向所必需的寫電流的量。因此，可穩(wěn)定地保持記錄在存儲單元中的信息而不增加存儲器中的功率消耗。
根據(jù)本發(fā)明的實施例的存儲元件包括基于磁性材料的磁化狀態(tài)來保持信息的存儲層。在本實施例中，通過中間層提供用于存儲層的磁化固定層；中間層由絕緣體形成；自旋極化電子以堆疊方向注入以改變存儲層的磁化方向，從而將信息記錄在存儲層中；以及超細氧化物分層分布在形成存儲層的鐵磁層的整個或部分中。
根據(jù)本發(fā)明的實施例的存儲器包括存儲元件，其具有基于磁性材料的磁化狀態(tài)來保持信息的存儲層；以及彼此相交的兩種配線，其中，該存儲元件配置成本發(fā)明實施例的存儲元件；存儲元件置于兩種配線的交叉點附近并且置于兩種配線之間；以及電流通過兩種配線以堆疊方向流入存儲元件中，以注入自旋極化電子。
根據(jù)本發(fā)明的上述實施例的存儲元件經(jīng)過配置包括基于磁性材料的磁化狀態(tài)來保持信息的存儲層。在本實施例中，通過中間層對存儲層提供磁化固定層；中間層由絕緣體形成；以及自旋極化電子以堆疊方向注入以改變存儲層的磁化方向，從而將信息記錄在存儲層中。因此，可通過使電流以堆疊方向流動注入自旋極化電子來記錄信息。
超細氧化物分布在形成存儲層的鐵磁層的整個或部分中的層中，從而與僅由鐵磁材料形成鐵磁層的情況相比，該存儲層可具有增大的抗磁力。存儲層可具有以此方式增大的抗磁力，因而，該存儲層可具有改進的熱穩(wěn)定性。
另外，超細氧化物分布在形成存儲層的鐵磁層的整個或部分中的層中，從而存儲層可具有增大的抗磁力，而不增加存儲層的飽和磁化量。
因此，可充分確保存儲層的熱穩(wěn)定性而不增加使存儲層的磁化方向反向所必需的寫電流的量。
根據(jù)本發(fā)明的上述實施例的存儲器經(jīng)過配置包括存儲元件，其具有基于磁性材料的磁化狀態(tài)來保持信息的存儲層；以及彼此相交的兩種配線，其中，存儲元件配置成本發(fā)明實施例的存儲元件；存儲元件置于兩種配線的交叉點附近并且置于兩種配線之間；以及電流通過兩種配線以堆疊方向流入存儲元件中，以注入自旋極化電子。因此，可通過使電流以存儲元件的堆疊方向流過兩種配線進行的自旋注入來記錄信息。
另外，可充分確保存儲層的熱穩(wěn)定性而不增加使存儲元件的存儲層的磁化方向反向所必需的寫電流的量。因此，可穩(wěn)定保持記錄在存儲單元中的信息而不增加存儲器中的功率消耗。
根據(jù)本發(fā)明的上述實施例，可確保作為信息保持特性的熱穩(wěn)定性而不增加寫電流(閾電流)的量。因此，可形成具有良好平衡特性的存儲元件。
這可以消除操作錯誤，并且為存儲元件提供足夠的操作區(qū)域。
另外，由于確保了存儲器所必需的熱穩(wěn)定性而不增加寫電流的量，所以并不需要施加大量電流。因此，不會擊穿作為中間層的絕緣體。
因此，可實現(xiàn)被穩(wěn)定操作的高度可靠的存儲器。
此外，盡管減少了寫電流的量，但是充分確保存儲器所必需的熱穩(wěn)定性。因此，可減少寫電流的量，以在存儲器元件中執(zhí)行寫操作時，同樣可減少功率消耗。
因此，同樣可以減少存儲器中的總功率消耗。


圖1是圖解示出相關技術的MRAM的結構的斜視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的存儲器的示意結構圖(斜視圖)；圖3是圖2中的存儲元件的截面圖；圖4A至圖4D是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的存儲層中氧化物的分布狀態(tài)的示意圖；圖5是示出了各種氧化物的體積比與抗磁力之間的關系的示圖；圖6是示出了各種氧化物的體積比與熱穩(wěn)定性指數(shù)Δ之間的關系的示圖；圖7是示出了各種氧化物的體積比與反向電流值之間的關系的示圖；
圖8是利用通過自旋注入進行磁化反向的存儲器的示意結構圖(斜視圖)；以及圖9是圖8中的存儲器的截面圖。
具體實施例方式
在描述本發(fā)明的具體實施例之前，將首先描述本發(fā)明的概要。
在本發(fā)明的實施例中，通過由上述自旋注入使存儲元件的存儲層的磁化方向反向來記錄信息。存儲層由諸如鐵磁層的磁性材料形成并且基于磁性材料的磁化狀態(tài)(磁化方向)來保持信息。
在通過自旋注入來使磁性層的磁化方向反向的基本操作中，使具有某一閾值(Ic)或高于Ic的電流以垂直于存儲元件的膜表面(film surface)的方向流入由巨磁阻元件(GMR元件)或磁性隧道結元件(MTJ元件)形成的存儲元件中。此處，電流的極性(方向)取決于將被反向的磁化方向。
當使絕對值小于閾值的電流流動時，磁化反向不會出現(xiàn)。
通過自旋注入來使磁性層的磁化方向反向所必需的電流的閾值Ic在現(xiàn)象上由以下公式(1)(參見F.J.Albert等人，ppl.Phys.Lett.，77，p.3809，2000)來表示。
Ic=AαηMs2V]]>在公式(1)中，A為常數(shù)，α為自旋阻尼常數(shù)，η為自旋注入效率，Ms為飽和磁化量，以及V為磁性層(存儲層)的體積。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，如公式(1)所示，可通過控制磁性層的體積V、磁性層的飽和磁化量Ms、自旋注入效率、和阻尼常數(shù)來任意選擇電流的閾值。
所形成的存儲元件具有可基于磁化狀態(tài)來保持信息的磁性層(存儲層)和其中磁化方向固定的磁化固定層。
優(yōu)選地，存儲器可保持所寫信息。通過參考上述的熱穩(wěn)定指數(shù)Δ的值來估算信息保持能力。磁性層(存儲層)的熱穩(wěn)定指數(shù)Δ通過以下公式(2)來表示。
Δ＝B·Hc0·Ms·V在公式(2)中，B為常數(shù)，Hc0為0K Hc的抗磁力Hc，Ms為飽和磁化量，以及V為體積。
通常，Δ值優(yōu)選為60或更大，從而在85℃下將所存儲的信息保持10年。此Δ值和電流的閾值Ic經(jīng)常具有權衡關系，并且此關系經(jīng)常是平衡這些值以保持存儲特征所必需的。
例如，在具有2mm厚的存儲層和具有100nm×100nm的扁平式樣的近似橢圓的隧道磁阻元件(TMR元件)中，用于改變存儲層的磁化狀態(tài)的電流實際上具有正閾值+Ic＝+0.5mA和負閾值-Ic＝-0.3mA的閾值。此時的電流密度大約為3.5×106A/cm2。這些閾值幾乎都對應于由公式(1)計算的值。
另一方面，在基于電流磁場反向磁化的典型MRAM中，寫電流的量優(yōu)選地為幾mA或更大。
相反，通過自旋注入來執(zhí)行磁化反向的存儲器可有效減少其在集成電路中功率消耗，因為寫電流的閾值可以足夠小。
另外，這種存儲器在集成程度方面比典型的MRAM更具優(yōu)勢，因為該存儲器可以不使用對于普通MRAM來說所必須的用于產(chǎn)生電流磁場的配線(圖1中的配線105)。
由于是通過直接使電流流入通過自旋注入執(zhí)行磁化反向的存儲器中的存儲元件內(nèi)來寫(記錄)信息的，所以將存儲元件連接至選擇晶體管來形成存儲單元，以選擇執(zhí)行寫操作的存儲單元。
在此情況下，將能夠流入存儲元件中的電流量限制為能夠流入選擇晶體管中的電流量(選擇晶體管的飽和電流)。因此，同樣可限制寫電流的量的可允許范圍。
另一方面，當減少存儲層的磁化量時，可通過減小寫電流的閾值來增加寫電流的量的可允許范圍。然而，如上所述，這削弱了存儲層的熱穩(wěn)定性(指數(shù)Δ)。為了形成存儲器，熱穩(wěn)定指數(shù)Δ優(yōu)選地為確定值或更大。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以改進熱穩(wěn)定性而不增加寫電流的量，并且可通過限制形成存儲層的至少一個鐵磁層的材料以及通過指定該層的超細結構來形成穩(wěn)定的存儲器。
特別地，可以改進存儲層的抗磁力，但是不能通過指定形成存儲層的鐵磁層的超細結構來增加存儲層的飽和磁化量。
使超細氧化物分散在形成存儲層的鐵磁層的整個或部分中的結構有效實現(xiàn)了大抗磁力，而沒有增加存儲層的飽和磁化量。
由于要將氧化物材料分散在存儲層中，優(yōu)選地選擇一種不會與具有Co或Fe作為主要成分的鐵磁層發(fā)生化學反應并且形成穩(wěn)定氧化物的材料。
另外，這種材料不能削弱隧道磁阻元件的磁阻。
符合上述有關氧化物材料的條件并且可增加抗磁力而不顯著增加反向電流密度的優(yōu)選氧化物材料包括氧化硅、氧化鋁、氧化鎂、氧化鉭、氧化釓、氧化鈦、氧化硼、氧化鋅、氧化鎵、氧化釔、氧化鋯、氧化鉿、及其合成混合物。
通過將氧化物與鐵磁材料直接濺射在一起的方法或通過在退火之后使超細氧化物沉淀的方法來形成這些氧化物。
根據(jù)存儲層的總體積，氧化物的體積比優(yōu)選地為大于等于5％至小于等于40％。
當氧化物的體積比大于40％時，鐵磁層被氧化物分為多個小的區(qū)域，并且在這些區(qū)域之間形成了過大的距離，從而導致難以確保足夠的磁性特性。
相反，當氧化物所包含的體積比大于等于5％時，可實現(xiàn)氧化物分散效應。
當氧化物的體積比小于5％時，在鐵磁層中，氧完全形成了固溶體，并且不能充分實現(xiàn)本發(fā)明的實施例的效應。
對于存儲層中氧化物的分布狀態(tài)來說，適合提供一種微細氧化物均勻分散的狀態(tài)。
然而，當氧化物的量很大時，如果氧化物平行于存儲層的膜表面分層分布，則進一步減少寫閾值電流量。
此處，圖4A和圖4B分別示出了微細氧化物分散在存儲層中的狀態(tài)的示意圖。圖4A示出了微細氧化物分散在整個存儲層中的狀態(tài)，而圖4B示出了微細氧化物僅存在于部分存儲層中的狀態(tài)。
在圖4A中，微細氧化物22分散在形成存儲層20的鐵磁層21中，并且氧化物22分布在整個鐵磁層21中。
在圖4B中，微細氧化物22分散在形成存儲層20的鐵磁層21中，并且氧化物22僅存在于鐵磁層21的上部中。
圖4C和圖4D分別示出了氧化物平行于存儲層的膜表面分層分布的狀態(tài)的示意圖。圖4C示出了使氧化物均勻分布在整個存儲層中的狀態(tài)，以及圖4D示出了氧化物僅存在于存儲層的上部中的狀態(tài)。
在圖4C中，微細氧化物22平行于存儲層20的膜表面分層分布在存儲層20中。鐵磁層21和氧化層22交替并且均勻地堆疊在整個存儲層20中。
在圖4D中，微細氧化物22平行于存儲層20的膜表面分層分布在存儲層20中，并且鐵磁層21和氧化層22交替堆疊。然而，氧化層22僅存在于存儲層20的上部中。
圖4A～4D僅為示意圖。存儲層的厚度與氧化物的顆粒尺寸或氧化層的厚度的比率并不限于這些圖中所示的比率。
作為用于均勻分散氧化物的方法，同時從多個靶濺射的方法可能是最簡單的方法。
同樣可以使用交替堆疊極薄的膜然后進行退火的方法。
在層中分布氧化物的方法可包括使晶片交替穿過氧化物的靶和鐵磁材料的靶來執(zhí)行濺射的方法，或交替堆疊氧化層和鐵磁層的方法。
在層中的分布不包括連續(xù)氧化層的形成，但是包括分布氧化物簇的狀態(tài)。這些簇很小并且每個的尺寸大約是1nm到3nm。優(yōu)選地，氧化物簇分布于其中的層分布在其間間隔為0.7nm到2nm的層中。
在氧化物分散在部分鐵磁層中(更具體地，所分散的氧化物僅存在于部分鐵磁層)的結構中，當氧化物僅存在于隧道隔離層附近時，該隧道隔離層具有大有效厚度，因而，電阻值可以足夠高以及磁阻改變率(MR比率)可以很低。
因此，當氧化物僅存在于部分鐵磁層中時，氧化物優(yōu)選地僅存在于鐵磁層的中心部分中或與鐵磁層的隧道隔離層相對的部分中。
在氧化物分布在部分鐵磁層的部分中的結構中，氧化層優(yōu)選地僅存在于鐵磁層的中心部分中或與鐵磁層的隧道隔離層相對的部分中。
作為存儲層中包括有氧化物材料的鐵磁材料，可使用具有Co、Fe或Ni作為主要成分的普通CoFe合金、NiFe合金、或CoNiFe合金。這種鐵磁合金也可包括一種或多種附加元素，包括諸如B、C、和N的輕元素；諸如Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、和W的過渡金屬元素；諸如Gd的稀土元素；或諸如Pt和Pd的貴金屬元素。
同樣可使用諸如CoMnSi、CoMnAl、或CoCrFeAl的非晶態(tài)材料或Heusler材料。
然而，例如，當CoFe合金完全包括原子百分比為60％或更少的Co和Fe時，鐵磁層的飽和磁化量和抗磁力都不是很令人滿意的。
當CoFe合金具有90∶10到40∶60的Co∶Fe比率時，該合金通常會顯示出適當抑制磁各向異性分散的良好軟磁體特性。
因此，可以以此方式來選擇Co和Fe的含量，以為根據(jù)本發(fā)明實施例的存儲元件結構中的鐵磁材料成分提供良好的特性。
使微細氧化物分散在形成存儲層的鐵磁層的整個或部分中，從而與僅由鐵磁材料形成存儲層的情況相比，該存儲層可具有增加的抗磁力。
這可能是由于鐵磁材料是由氧化物隔開，從而增加了鐵磁材料的磁化穩(wěn)定性。
另一方面，假定因為氧化物分散在鐵磁層中，所以與存儲層僅由鐵磁材料形成的情況相比，飽和磁化量Ms不會增加反而減少。
如從公式2清楚看出，熱穩(wěn)定性指數(shù)Δ為抗磁力Hc與飽和磁化量Ms的乘積。實際上，實際測量微細氧化物分散在根據(jù)本發(fā)明實施例的鐵磁層的整個或部分中的結構，以確認熱穩(wěn)定性指數(shù)Δ比僅由鐵磁材料形成存儲層的情況更大。這可能是因為抗磁力Hc的增加比飽和磁化量Ms的減少更顯著。
因為熱穩(wěn)定性指數(shù)Δ如上所述很大，所以存儲層可具有增大的熱穩(wěn)定性。
另一方面，如從公式1清楚看出，反向電流量與飽和磁化量Ms的平方值成比例。因此，當飽和磁化量Ms很小時，可減小反向電流量。
也就是說，在根據(jù)本發(fā)明實施例的結構中，反向電流量和熱穩(wěn)定性不具有權衡關系并且是平衡的。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例的結構中，形成存儲層的鐵磁層最好具有盡可能大的抗磁力。具體地，鐵磁層的抗磁力優(yōu)選地為200[Oe]或更大。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例的結構中，鐵磁層的抗磁力為200[Oe]或更大，以充分改進存儲層的熱穩(wěn)定性，并且可以抑制反向電流量的增大。
另外，在根據(jù)本發(fā)明實施例的結構中，使用作為在存儲層和磁化固定層之間的磁性中間層的由絕緣體形成的隧道隔離層來形成磁隧道結(MTJ)元件，以具有選擇晶體管的飽和電流值。
這允許使用隧道隔離層來形成磁隧道結(MTJ)元件，從而與使用非磁性導電層形成巨磁阻(GMR)元件的情況相比，可增加磁阻改變率(MR比率)并且可增加讀取信號強度。
特別地，氧化鎂(MgO)用作隧道隔離層的材料，從而與使用通常使用氧化鋁的情況相比，可增加磁阻改變率(MR比率)。
自旋注入效率通常取決于MR比率。當MR比率更高時，自旋注入效率進一步得到改進，并且可以進一步減小磁化反向電流的密度。
因此，將氧化鎂用作作為中間層的隧道隔離層的材料，以減小通過自旋注入進行的寫閾電流量，并且可使用小量電流來寫(記錄)信息。此外，可增加寫信號強度。
因此，確保了MR比率(TMR比率)，以減少通過自旋注入的寫閾電流量，并且可使用小電流量來寫(記錄)信息。此外，可增加寫信號強度。
當隧道隔離層由氧化鎂(MgO)薄膜形成時，更優(yōu)選地使氧化鎂薄膜結晶，并且以001方向維持晶體方向。
在本發(fā)明的實施例中，在存儲層與磁化固定層之間的中間層(隧道隔離層)可以不必需由氧化鎂形成，而是可以由各種絕緣體、介質(zhì)、或半導體(諸如，氧化鋁、氮化鋁、SiO2、Bi2O、MgF2、CaF、SrTiO2、AlLaO3、和Al-N-O)形成。
另外，為了在對中間層使用氧化鎂時，在存儲層中形成氧化物的適當分散狀態(tài)并實現(xiàn)良好的磁阻性質(zhì)(MR性質(zhì))，預期退火溫度為300℃或更高，并且優(yōu)選地為340℃至360℃。此退火溫度高于在相關技術中已對中間層使用的氧化鋁的退火溫度(250℃至280℃)。
此退火溫度可提升氧化物與磁性層之間的相分離(phaseseparation)來形成匹配界面(matching interface)，并且可能是形成氧化鎂等的隧道隔離層的適當內(nèi)部結構或晶體結構所必需的。
因此，如果不使用抵抗以如此高的溫度對存儲元件的鐵磁層退火的耐熱鐵磁材料，那么就不能獲得良好的MR特性。根據(jù)本發(fā)明的實施例，超細氧化物分散在存儲層中，以改進存儲層的熱穩(wěn)定性。因此，存儲層可持續(xù)340℃至360℃的退火而不會使存儲層的磁性退化。
這樣做的優(yōu)勢在于可以將普通的半導體MOS形成過程應用于具有存儲元件的存儲器的生產(chǎn)中，并且具有根據(jù)本發(fā)明的存儲元件的存儲器可以用作普通存儲器。
優(yōu)選地，控制隧道隔離層的面積阻值為約幾十Ωμm2或更小，以實現(xiàn)通過自旋注入反向存儲層的磁化方向所必須的電流密度。
在由MgO薄膜形成的隧道隔離層中，為了實現(xiàn)上述范圍內(nèi)的面積阻值，優(yōu)選地，將MgO薄膜的厚度設定為1.5nm或更小。
此外，優(yōu)選地，減小存儲元件的尺寸，以使用小量電流來輕易反向存儲層的磁化方向。
因此，存儲元件的面積優(yōu)選地為0.04μm2或更小。
同樣，可直接堆疊具有上述結構狀態(tài)的存儲層和具有不同材料或合成物范圍的另一鐵磁層。另外，也可堆疊鐵磁層或軟磁層、或通過軟磁性層或非磁性層堆疊多個鐵磁層。甚至當以此方式堆疊層時，也可實現(xiàn)本發(fā)明實施例的效果。
特別地，在通過非磁性層堆疊多個鐵磁層的結構中，可控制鐵磁層之間相互作用的強度。因此，如果存儲元件具有亞微型尺寸或更小，那么就可抑制磁化反向電流量。作為在此情況下的非磁性層材料，可使用Ru、Os、Re、Ir、Au、Ag、Cu、Al、Bi、Si、B、C、Cr、Ta、Pd、Pt、Zr、Hf、W、Mo、Nb、或其合金。
磁化固定層優(yōu)選地具有單向各向異性，并且存儲層優(yōu)選地具有單軸各向異性。
磁化固定層和存儲層優(yōu)選地分別具有1nm到30nm的薄膜厚度。
存儲元件的其他結構可以與通過自旋注入記錄信息的存儲元件的先前已知結構相同。
僅使用鐵磁層或在反鐵磁層與鐵磁層之間使用反鐵磁粘合劑來配置磁化固定層，以具有固定的磁化方向。
磁化固定層被配置為由單一鐵磁層形成，或具有堆疊的亞鐵磁結構，其中，通過非磁性層堆疊多個鐵磁層。
當磁化固定層具有堆疊的壓鐵磁結構時，磁化固定層對外部磁場的敏感性降低。因此，可抑制外部磁場引起的磁化固定層中不必要磁化波動。另外，可控制每一鐵磁層的薄膜厚度，并且可抑制磁化固定層的磁場泄漏。
作為形成具有堆疊的亞鐵磁結構的磁化固定層的鐵磁層的材料，可使用Co、CoFe、CoFeB等。作為非磁性層的材料，可使用Co、CoFe、CoFeB等。
反鐵磁層的材料包括磁性材料，諸如FeMn合金、PtMn合金、PtCrMn合金、NiMn合金、IrMn合金、NiO和Fe2O3。
可將諸如Ag、Cu、Au、Al、Si、Bi、Ta、B、C、O、N、Pd、Pt、Zr、Hf、Ir、W、Mo、或Nb的非磁性元件加到磁性材料中，以控制磁性特性或諸如晶體結構、結晶度、和材料穩(wěn)定性的各種其他特性。
在存儲元件的薄膜結構中，存儲層可以很容易地被置于磁化固定層的上面或下面。
可通過薄絕緣膜提供作為對關于存儲元件的存儲層的信息的參考的磁性層；然后，使鐵電隧道電流流過絕緣薄膜或產(chǎn)生磁阻，來讀取記錄在存儲元件的存儲層中的信息。
接下來，將描述本發(fā)明的實施例。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的存儲器的示意結構圖(斜視圖)。
該存儲器具有置于彼此垂直的兩種地址配線(例如，字線和位線)的交叉點附近的存儲元件。
具體地，在通過諸如硅襯底的半導體襯底10的元件隔離層2所隔離的區(qū)域中，分別形成漏極區(qū)8、源極區(qū)7、和柵電極1，它們形成用于選擇每個存儲單元的選擇晶體管。對此，柵電極1也作為以圖中的縱向延伸的一種地址配線(例如，字線)。在圖中的左和右選擇晶體管上均形成漏極區(qū)8，并且將配線9連接至漏極區(qū)8。
將存儲元件3置于源極區(qū)7和置于源極區(qū)7上并以圖中橫向延伸的另一種地址配線(例如，位線)6之間。存儲元件3各自具有由鐵磁層形成的存儲層，其中，通過自旋注入來反向磁化方向。
將存儲元件3置于兩種地址配線1和6的交叉點附近。
存儲元件3分別通過上或下接觸層4連接至位線6和源極區(qū)7。
因此，可以通過使電流通過兩種地址配線1和6以垂直方向流入存儲元件3中的自旋極化來反向存儲層的磁化方向。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的存儲器的存儲元件3的截面圖。
如圖3中所示，存儲元件3具有設置在存儲層17下的磁化固定層31，其中，通過自旋注入來反向磁化方向M1。反鐵磁層12設置在磁化固定層31下，并且通過反鐵磁層12來固定磁化固定層31的磁化方向。
將隔離層16設置為存儲層17和磁化固定層31之間的隧道壁壘層(隧道隔離層)，并且通過存儲層17和磁化固定層31形成MTJ元件。
接地層11形成在反鐵磁層12下，并且蓋層18形成在存儲層17上。
磁化固定層31具有堆疊的亞鐵磁結構。
具體地，磁化固定層31具有以下結構，其中，兩個鐵磁層13和15通過非磁性層14堆疊并被反鐵磁粘合起來。
因為磁化固定層31的鐵磁層13和15形成了堆疊的亞鐵磁結構，所以鐵磁層13的磁化M13是右向的，而鐵磁層15的磁化M15是左向的，并且磁化方向是相對的。因此，從磁化固定層31的鐵磁層13和15漏出的磁通量彼此抵消。
沒有明確限制用于磁化固定層31的鐵磁層13和15的材料?？蓪⒂设F、鎳、和鈷中的一種或多種形成的合金材料用作這種材料。材料可進一步包括過渡金屬元素，諸如Nb、Zr、Gd、Ta、Ti、Mo、Mn、或Cu，或輕元素，諸如Si、B、或C。另外，可通過直接堆疊材料互不不同的多個薄膜(不通過非磁性層)，例如，通過形成CoFe/NiFe/CoFe的堆疊薄膜來形成鐵磁層13和15。
作為用于形成磁化固定層31的堆疊亞鐵磁結構的非磁性層14的材料，可使用釕、銅、鉻、金、銀等。
非磁性層14的薄膜厚度根據(jù)所使用的材料變化，并且優(yōu)選地，在0.5nm到2.5nm的范圍內(nèi)。
可適當調(diào)整鐵磁層13和15以及存儲層17的膜厚度，并且優(yōu)選地，各自均為1nm到5nm。
在如上所述的本實施例中，存儲元件3的存儲層17具體具有以下結構，其中，微細氧化物分散或分層分布在鐵磁層的整個或部分中。
存儲層17具有以下結構，其中，微細氧化物以此方式分散或分層分布在鐵磁層的整個或部分中，以與僅由鐵磁材料形成鐵磁層的情況相比，存儲層17可具有增大的抗磁力Hc。由于存儲層17可具有以此方式增加的抗磁力Hc，所以可增加存儲層17的熱穩(wěn)定性指數(shù)Δ來改進存儲層17的熱穩(wěn)定性。
另外，將微細氧化物分散或分布分布在形成存儲層17的鐵磁層的整個或部分中，以使存儲層17可具有增大的抗磁力Hc，而不會增加存儲層17的飽和磁化量Ms。
因此，可足以確保存儲層17的熱穩(wěn)定性，而不會增加反向存儲層17的磁化方向M1所必需的寫電流的量。
可將各種上述鐵磁材料或氧化物材料用作形成存儲層17的鐵磁層的鐵磁材料或將分散在鐵磁層中的氧化物材料。
另外，在本發(fā)明的實施例中，當作為中間層的隔離層16為氧化鎂層時，可增加磁阻改變率(MR比率)。
MR比率以此方式增大，從而增加自旋注入效率，并減少反向存儲層17的磁化方向M1所必需的電流密度。
可通過在真空裝置中連續(xù)形成接地層11到保護層18，然后通過諸如蝕刻的處理形成存儲元件3的圖案，來制造根據(jù)本發(fā)明實施例的存儲元件3。
在上述實施例中，存儲元件3的存儲層17具有以下結構，其中，微細氧化物分散或分層分布在鐵磁層的整個或部分。因此，足以確保存儲層17的熱穩(wěn)定性，而不增加反向存儲層17的磁化方向M1所必需的寫電流的量。
改進存儲層17的熱穩(wěn)定性，以增大通過使電流流入存儲元件3記錄信息的操作區(qū)域，并可確保寬操作區(qū)域來穩(wěn)定操作存儲元件3。
由于如果確保存儲元件3的存儲層17的熱穩(wěn)定性，那么寫電流的量不會增加，因而不必施加大量的電流。因此，作為中間層的隔離層16的介質(zhì)擊穿不會出現(xiàn)。
因此，可實現(xiàn)穩(wěn)定操作的高可靠存儲器。
另外，盡管寫電流的量減小，但仍足以確保熱穩(wěn)定性，因此，可減小寫電流的量，并降低在存儲元件3中執(zhí)行寫操作時的功率消耗。
因此，可降低在具有根據(jù)本發(fā)明實施例的存儲元件3形成的存儲單元的存儲器中的總功率消耗。
因此，可實現(xiàn)具有良好的信息保持特性并且穩(wěn)定操作的高可靠存儲器，并且可減少在具有存儲元件3的存儲器中的功率消耗。
具有圖3所示的存儲元件3以及具有圖2所示結構的存儲器的優(yōu)勢在于可對存儲器的生產(chǎn)應用典型的半導體MOS形成工藝。
因此，可將根據(jù)本實施例的存儲器應用于普通存儲器。
特別地，在圖3所示的存儲元件3中，微細氧化物分散或分層分布，從而改進存儲層17的熱穩(wěn)定性。因此，通過340℃到360℃的退火并不會使存儲層17的磁性特性惡化，并且可易于將典型的半導體MOS形成工藝應用于存儲器的生產(chǎn)中。
在此，檢查根據(jù)本發(fā)明實施例配置的存儲元件的特性，其中，明確選擇每層的材料、膜厚度等。
實際存儲器具有不同于如圖2中所示的存儲元件的切換半導體電路等。然而，在此對僅形成有存儲元件的晶片進行研究，以檢查存儲層的磁化反向特性。
<實驗1>
(實例)在厚度為0.725mm的硅襯底上形成厚度為300nm的熱氧化膜，并且在該熱氧化膜上形成具有圖3所示結構的存儲元件3。
具體地，通過以以下方式選擇每層的材料和膜厚度來形成具有圖3所示結構的存儲元件3中的每層。接地膜11是膜厚度為3nm的Ta膜。反鐵磁層12是膜厚度為20nm的PtMn膜。形成磁化固定層31的鐵磁層13是膜厚度為2nm的CoFe膜。鐵磁層15為具有2.5nm膜厚度的CoFeB膜。形成具有堆疊的亞鐵磁結構的磁化固定層31的非磁性層14是膜厚度為0.8nm的Ru膜。作為隧道隔離層的隔離層(壁壘層)16是膜厚度為0.9nm的氧化鎂膜。存儲層17由具有氧化物的鐵磁材料的化合物形成。蓋層18是膜厚度為5nm的Ta膜。另外，在接地膜11和反鐵磁層12之間設置膜厚度為100nm的Cu膜(未示出)。
在上述膜結構中，存儲層中的鐵磁層具有Co 45∶Fe 30∶B 25的固定材料成分和等于2.5nm的膜厚度的固定鐵磁層，并將每種氧化物加到鐵磁層中。PtMn膜具有Pt 50∶Mn 50(原子百分比)的合成物，以及CoFe膜具有Co 90∶Fe 10(原子百分比)的合成物。
通過DC磁控濺射來沉積與由氧化鎂膜形成的隔離層16不同的每層。
通過RF磁控管濺射來沉積由氧化鎂(MgO)膜形成的隔離層16。
在沉積存儲元件3的每層之后，在磁性熱處理熔爐中，在10KOe下以360℃來正規(guī)熱處理反鐵磁層12的PtMn膜兩個小時。
接下來，通過光刻法來掩蓋字線部分，然后通過Ar等離子體來選擇性地蝕刻除字線部分之外的堆疊膜，以形成字線(下電極)。此時，將除字線部分之外的堆疊膜蝕刻至襯底深度的5nm處。
此后，通過電子束平版印刷裝置形成存儲元件3的圖案的掩膜，并且選擇性地蝕刻堆疊膜來形成存儲元件3。將除存儲元件3部分之外的堆疊膜立即蝕刻至字線的Cu層上。
由于優(yōu)選地使足夠量的電流流入存儲元件中來用于特性估計，以產(chǎn)生磁化反向所必需的自旋轉矩，優(yōu)選地，抑制了隧道隔離層的阻值。因此，存儲元件3經(jīng)配置具有橢圓圖案(短軸0.09μm×長軸0.18μm)，并且具有20Ωμm2的面積阻值。
通過Al2O3濺射約100nm的厚度來隔離除存儲元件3部分之外的堆疊薄膜。
此后，通過光刻法形成作為上電極的位線和用于測量的焊盤。
以此方式制造存儲元件3的樣本。
通過改變將與存儲層17的鐵磁材料混合的氧化物的材料、容積比率、和分布狀態(tài)來制造存儲元件3的每個樣本。
作為氧化物分布狀態(tài)，根據(jù)氧化物的材料來選擇“均勻分布”和“分層分布”中的任一種。
“均勻分布”是微細氧化物均勻分散在存儲層17的鐵磁層中的狀態(tài)。具體地，使用鐵磁材料的靶和氧化物的靶來執(zhí)行濺射，同時形成存儲層17?？刂蒲趸锖丸F磁材料中的每個的濺射速度來控制氧化物的體積比。
“分層分布”是氧化物按層分布在存儲層17中的分布狀態(tài)。具體地，通過在鐵磁材料的靶和氧化物的靶之間的切換執(zhí)行濺射來形成存儲層17，以使亞鐵磁材料、氧化物、鐵磁材料、氧化物和鐵磁材料按從底部開始的順序被堆疊，并且鐵磁材料經(jīng)過劃分的三層從底部開始各自為1nm厚、1nm厚和0.5nm厚。通過控制氧化物的層的厚度，具體地，氧化物的濺射時間來控制氧化物的體積比。
表1中共同示出了用于形成每個樣本的條件。
表1

用以下方式估計所制造的存儲元件3的每個樣本的特性。
在測量之前，每個樣本被配置成從外部對存儲元件3提供的磁場，以控制在反向電流的正方向中的值與在反向電流的負方向中的值對稱。將施加給存儲元件3的電壓設為1V或更小，這不會引起隔離層16的擊穿。
(抗磁力的測量)測量存儲元件的抗磁力。
首先，測量存儲元件的阻值，同時將持續(xù)改變的外部磁場施加至存儲元件。控制溫度為室溫(25℃)，并且將施加給字線的終端和位線的終端的偏壓控制為10mV。
當以與存儲層的磁化方向相反的方向施加外部磁場并且外部磁場超過存儲層的抗磁力時，存儲層的磁化方向被反向。由于通過磁化方向的反向來改變存儲元件的阻值，所以預期當阻值改變時的外部磁場的量值等于存儲元件的抗磁力?；谶@個結果，確定存儲元件的抗磁力。
(反向電流值和熱穩(wěn)定性的測量)測量反向電流值，以估計根據(jù)本發(fā)明實施例的存儲元件的寫特性。
使具有10μs至100ms的脈寬的電流流入存儲元件中，以據(jù)此來測量存儲元件的阻值。另外，改變流入存儲元件中的電流量，以確定反向存儲層的磁化的電流值。將通過將脈寬相關性外推到1ns脈寬所獲得的值定義為反向電流值。
反向電流值的脈寬相關性傾向對應于存儲元件的上述熱穩(wěn)定性指數(shù)(Δ)。由于基于脈寬的反向電流值的改變(或傾向)較小，存儲元件更耐熱干擾。如上所述，為了使用對存儲器使用存儲元件，指數(shù)Δ優(yōu)選為60或更大。
為了確定各存儲元件之間的可變性，制造大約20個具有相同結構的存儲元件，并且進行上述測量，以確定平均反向電流值和平均熱穩(wěn)定性指數(shù)(Δ)。
圖5到圖7示出了每個樣本的測量結果。
圖5示出了抗磁力的測量結果，圖6示出了熱穩(wěn)定性指數(shù)(Δ)的測量結果，以及圖7示出了反向電流值的測量結果。
在每個圖中繪出各個測量結果，其中，水平軸表示氧化物的體積比(％)。
如從圖5清楚看出，當氧化物的體積比為5％或更大時，可實現(xiàn)200[Oe]或更大的抗磁力。
當氧化物的體積比為40％或更高時，減少鐵磁材料體積比的效果比氧化物對增加抗磁力的效果更顯著，因此，注意到抗磁力減小。
如從圖6清楚看出，熱穩(wěn)定性指數(shù)Δ與圖5所示的抗磁力高度有關，并且熱穩(wěn)定性指數(shù)Δ受到鐵磁材料的體積比的減小與氧化物對增加抗磁力的效果之間關系的影響。
結果顯示，通過使氧化物分散在存儲元件中，顯著增加了指數(shù)Δ并且改進了存儲器保持特性。
發(fā)現(xiàn)對于實際存儲器來說，具有8％、20％、25％或35％的氧化物體積比的每個樣本具有60或更大的熱穩(wěn)定性指數(shù)Δ。
此實驗中所使用的存儲元件具有可獲得小量的反向電流的薄膜結構，以用作實際存儲器。
當薄膜結構包括如相關技術中僅由鐵磁材料形成的存儲層而不是包括氧化物分散在存儲層中的結構時，反向電流的量可能很小，但熱穩(wěn)定性指數(shù)Δ也小。
如自圖7清楚看出，盡管氧化物分散在存儲層中，但是反向電流值并不會顯著增加，并且與僅由鐵磁材料形成的存儲層相比，該值最多增加5％至30％(約400μA)。
如自圖5至圖7清楚看出，當使氧化物分散在存儲層中時，足以確?？勾帕蜔岱€(wěn)定性指數(shù)Δ，不會顯著增加反向電流量，并且維持小量的反向電流。
因此，假定開始就假定熱穩(wěn)定性與反向電流量的減少具有權衡關系，則本發(fā)明的實施例可以平衡它們兩者。
本發(fā)明的實施例不僅可利用上述實施例的每個中示出的存儲元件3的膜結構，而且還可利用各種其他的膜結構。
在每個上述實施例中，磁化固定層31具有由兩個鐵磁層13和15以及非磁性層14形成的堆疊亞鐵磁結構。然而，例如，可由單個鐵磁層來形成磁化固定層。
存儲元件可通過分別在存儲層上和下設置磁化固定層來形成。
在此情況下，在上磁化固定層和存儲層之間的中間層以及在下磁化固定層和存儲層之間的中間層中的一個是隧道隔離層，但是另一中間層可以是隧道隔離層或非磁性導電層(諸如非磁性金屬層)。
本發(fā)明并不限于上述實施例，并且在不偏離本發(fā)明本質(zhì)的情況下，各種其他結構都是可能的。
本領域的技術人員應該理解，在附加權利要求或其等同物的范圍內(nèi)，可根據(jù)設計要求和其它因素來進行各種修改、組合、子組合、和替換。
權利要求
1.一種存儲元件，包括存儲層，基于磁性材料的磁化狀態(tài)來保持信息，其中，通過中間層對所述存儲層設置磁化固定層，所述中間層由絕緣體形成，自旋極化電子以堆疊方向注入以改變所述存儲層的磁化方向，從而將信息記錄在所述存儲層中，以及微細氧化物分散在形成所述存儲層的鐵磁層的整個或部分中。
2.根據(jù)權利要求1所述的存儲元件，其中形成所述存儲層的所述鐵磁層具有200[Oe]或更大的抗磁力。
3.根據(jù)權利要求1所述的存儲元件，其中所述微細氧化物是從以下各物中選出的氧化物氧化硅、氧化鋁、氧化鎂、氧化鉭、氧化釓、氧化鈦、氧化硼、氧化鋅、氧化鎵、氧化釔、氧化鋯、氧化鉿、及其合成混合物。
4.一種存儲元件，包括存儲層，基于磁性材料的磁化狀態(tài)來保持信息，其中通過中間層對所述存儲層設置磁化固定層，所述中間層由絕緣體形成，自旋極化電子以堆疊方向注入以改變所述存儲層的磁化方向，從而將信息記錄在所述存儲層中，以及微細氧化物分層分布在形成所述存儲層的鐵磁層的整個或部分中。
5.根據(jù)權利要求4所述的存儲元件，其中形成所述存儲層的所述鐵磁層具有200[Oe]或更大的抗磁力。
6.根據(jù)權利要求4所述的存儲元件，其中所述微細氧化物是從以下各物中選出的氧化物氧化硅、氧化鋁、氧化鎂、氧化鉭、氧化釓、氧化鈦、氧化硼、氧化鋅、氧化鎵、氧化釔、氧化鋯、氧化鉿、及其合成混合物。
7.一種存儲器，包括存儲元件，具有基于磁性材料的磁化狀態(tài)來保持信息的存儲層；以及彼此相交的兩種配線，其中所述存儲元件具有通過中間層對所述存儲層設置磁化固定層的結構；所述中間層由絕緣體形成；自旋極化電子以堆疊方向注入以改變所述存儲層的磁化方向，從而將信息記錄在所述存儲層中，以及微細氧化物分散在形成所述存儲層的鐵磁層的整個或部分中，所述存儲元件置于所述兩種配線的交叉點附近并且置于所述兩種配線之間，以及沿所述堆疊方向的電流通過所述兩種配線流入所述存儲元件中。
8.一種存儲器，包括存儲元件，具有基于磁性材料的磁化狀態(tài)來保持信息的存儲層；以及彼此相交的兩種配線，其中所述存儲元件具有通過中間層對所述存儲層設置磁化固定層的結構；所述中間層由絕緣體形成；自旋極化電子以堆疊方向注入以改變所述存儲層的磁化方向，從而將信息記錄在所述存儲層中，以及微細氧化物分層分布在形成所述存儲層的鐵磁層的整個或部分中，所述存儲元件置于所述兩種配線的交叉點附近并且置于所述兩種配線之間，以及沿所述堆疊方向的電流通過所述兩種配線流入所述存儲元件中。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種存儲元件。該存儲元件包括基于磁性材料的磁化狀態(tài)來保持信息的存儲層，其中，通過中間層為該存儲層提供磁化固定層，該中間層由絕緣體形成，以堆疊方向注入自旋極化電子來改變存儲層的磁化方向，以將信息記錄在存儲層中，以及使微細氧化物分散在形成了存儲層的鐵磁層的整個或部分中。
文檔編號G11C11/16GK101060160SQ20071009690
公開日2007年10月24日 申請日期2007年4月16日 優(yōu)先權日2006年4月17日
發(fā)明者細見政功, 大森廣之, 山元哲也, 肥后豐, 山根一陽, 大石雄紀, 鹿野博司 申請人:索尼株式會社