專(zhuān)利名稱(chēng)：自旋累積磁化反轉(zhuǎn)型存儲(chǔ)元件及自旋ram的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用自旋累積技術(shù)，具有磁阻效應(yīng)元件的磁紀(jì)錄、讀出存儲(chǔ)器。
技術(shù)背景現(xiàn)在，在動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)所代表的存儲(chǔ)器的領(lǐng)域，滿足高 速、高集成、低功耗這三個(gè)要求的新存儲(chǔ)器的研究開(kāi)發(fā)正在全世界進(jìn)行。作為 滿足這些條件并具有非易失性的存儲(chǔ)器的侯補(bǔ)，非常期待》茲隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (MRAM)。該MRAM做成把隧道》茲阻(TMR)效應(yīng)元件排列成陣列狀的構(gòu)造。TMR 元件基本構(gòu)造為用二個(gè)強(qiáng)磁性層夾住作為隧道阻擋層使用的絕緣層。TMR效 應(yīng)是在這二個(gè)強(qiáng)磁性體的磁化方向在平行、反平行的場(chǎng)合，TMR元件的電阻 矩具有極大的變化。二十世紀(jì)九十年代雖然研究成功絕緣層使用了氧化鋁的 TMR元件，但近幾年對(duì)于令人注目的絕緣層使用氧化鎂的情況，也發(fā)表了超 過(guò)300°/。的文獻(xiàn)。這些都記載在非專(zhuān)利文獻(xiàn)1等中。'非專(zhuān)利文獻(xiàn) 1: Jun Hayakawa， Shoji Ikeda， Young Min Lee, Ryutaro Sasaki,Toshiyasu Meguto，F(xiàn)umihiro Matsukura，Hiromasa Takahashi and Hideo Ohno "Current-Driven Magnetization Switching in CoFeB/Mgo/CoFeB Magnetic Tunnel Junctions" , Jpn. J. A卯l. Phys. 44. L1267 (2005).非專(zhuān)利文獻(xiàn)2: F. J. Jedema， H. B. Heersche, A. T. Fi 1 ip， J. L A. Baselman s and B, J， van Wees, "Electrical detection of spin precession a metallic mesoscopic spin valve" Mature 416,713(2002).非專(zhuān)利文獻(xiàn)3: T. Kimura. Y. Otani and J. Hamrle， "Switching Magnetization of a Nanoscale Ferromagnetic Particle Using Nonlocal Spin Injection" ， Phys Rev, Lett. 96, 037201 (2006).就使用了 TMR效應(yīng)的MRAM而言，中間隔有絕緣層的二個(gè)鐵磁性體的磁化借助于配置成平行或逆平行時(shí)的電阻差來(lái)進(jìn)行讀出。通過(guò)使二個(gè)鐵磁性體的頑磁力產(chǎn)生差，用外部磁場(chǎng)使一方的磁化反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí) 現(xiàn)寫(xiě)入。
一般外部-茲場(chǎng)使用流經(jīng)位線/字線的電流產(chǎn)生的合成;茲場(chǎng)。這里，把磁化反轉(zhuǎn)的鐵磁性層作為自由層，把沒(méi)有反轉(zhuǎn)的鐵磁性層作為固 定層?？墒牵谟迷撏獠看艌?chǎng)的寫(xiě)入方式中，若為了提高集成度而減小隧道磁阻元件(TMR元件)，則西自由層的頑磁力增大而使外部磁場(chǎng)引起的自由層的 磁化反轉(zhuǎn)變得困難。另夕卜，若為了施加磁場(chǎng)而使電流流過(guò)的布線微細(xì)化，提高了電流密度的布 線將斷開(kāi)。而且，若電流流過(guò)該布線，由于布線附近的TMR元件也有》茲場(chǎng)， 要寫(xiě)入的TMR元件以外的元件也存在進(jìn)行了重寫(xiě)的干擾的問(wèn)題。因此，作為寫(xiě)入4支術(shù)使用了自旋轉(zhuǎn)矩(spin-transfer torque )的自旋注入;茲 4b反4爭(zhēng)(spin-transfer torque magnetization reversal)4支術(shù)令人注目,{旦由于讀出電 流路徑和寫(xiě)入電流路徑為相同的路徑，如果讀出電流和寫(xiě)入電流沒(méi)有足夠的 差，就有用讀出電流進(jìn)行了寫(xiě)入的可能性。由于寫(xiě)入時(shí)需要大的電流密度，容易引起TMR元件的絕緣破壞，并存在 需要與大電流對(duì)應(yīng)的晶體管之類(lèi)的缺點(diǎn)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是為了解決上述問(wèn)題。為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明的自旋累積磁化反轉(zhuǎn)型存儲(chǔ)元件及磁存儲(chǔ)器 具有鐵磁性字線、與鐵磁性字線交叉的非磁性位線、與鐵磁性字線相對(duì)的布線、 在鐵磁性字線及非磁性位線的交叉部分和布線之間設(shè)置的磁阻效應(yīng)元件，磁阻 效應(yīng)元件具有在布線側(cè)設(shè)置的第 一鐵磁性層、在鐵;茲性字線側(cè)設(shè)置的第二鐵磁 性層、在第 一鐵磁性層和第二鐵磁性層之間設(shè)置的非磁性層。在寫(xiě)入動(dòng)作時(shí)，使電流在鐵磁性字線和上述非磁性位線之間流動(dòng)，通過(guò)從 鐵磁性字線向非磁性位線累積自旋來(lái)使第二鐵磁性層的磁化方向反轉(zhuǎn)。這樣，通過(guò)累積逆向自旋，第二鐵磁性層的磁化方向變成與鐵磁性字線1 的磁化方向平行，通過(guò)累積順向自旋，第二鐵磁性層的磁化方向變成與鐵磁性的第一字線的磁化方向逆平行。另外，在讀出動(dòng)作時(shí)，使電流流經(jīng)非磁性位線和布線之間，使電流沿磁阻效應(yīng)元件的"莫厚方向流動(dòng)。若使用本發(fā)明，在寫(xiě)入動(dòng)作時(shí)和讀出動(dòng)作時(shí)電流路徑不同，在讀出時(shí)引起 誤寫(xiě)入的危險(xiǎn)減少。另外，由于在寫(xiě)入動(dòng)作時(shí)，大的寫(xiě)入電流不直接流經(jīng)^茲阻 效應(yīng)元件，而僅在讀出動(dòng)作時(shí)，讀出電流柳過(guò)磁阻效應(yīng)元件，所以在寫(xiě)入時(shí)能 使對(duì)作為存儲(chǔ)保持部分的磁阻效應(yīng)元件施加的電流量減小。因而，對(duì)磁阻效應(yīng) 元件施加的電壓小，能實(shí)現(xiàn)耐久性?xún)?yōu)良的自旋存儲(chǔ)器。


圖1是釆用本發(fā)明的實(shí)施例1的磁存儲(chǔ)器(MRAM)的示意圖。圖2是采用本發(fā)明的實(shí)施例1的自旋累積磁化反轉(zhuǎn)型磁紀(jì)錄元件的剖視圖。圖3是圖2所示的自旋累積》茲化反轉(zhuǎn)型^f茲紀(jì)錄元件的動(dòng)作原理的示意圖。 圖4是表示本發(fā)明的非磁性位線的膜厚對(duì)自旋累積效應(yīng)的依賴(lài)性的圖。 圖5是釆用本發(fā)明的實(shí)施例2的自旋累積磁化反轉(zhuǎn)型磁紀(jì)錄元件的剖視圖。圖6是釆用本發(fā)明的實(shí)施例3的自旋累積磁化反轉(zhuǎn)型磁紀(jì)錄元件的剖視圖。圖7是采用本發(fā)明的實(shí)施例4的磁存儲(chǔ)器的示意圖。
具體實(shí)施方式
以下，參照附圖，詳細(xì)說(shuō)明采用了本發(fā)明的自旋累積磁化反轉(zhuǎn)型磁紀(jì)錄元 件及磁存儲(chǔ)器。 實(shí)施例1圖1表示是表示采用了本發(fā)明的磁隨機(jī)存存儲(chǔ)器(MRAM )。該MRAM100 具有排列成格子狀的多條鐵磁性寫(xiě)入字線101和多條非磁性位線102。在鐵磁 性寫(xiě)入字線101和非磁性位線102交叉的部分配置有存儲(chǔ)元件103。存儲(chǔ)元件 103通過(guò)金屬布線層104與晶體管105的源極連接。另外，多條非磁性讀出字線106通過(guò)存儲(chǔ)元件103與鐵磁性寫(xiě)入字線101 平行地配置，與晶體管105的柵極電連接。多條源線107與非磁性位線102 平行地配置，與晶體管105的漏極電連接。作為源線107，使用例如非磁性體。存儲(chǔ)元件103如圖2所示，在鐵磁性寫(xiě)入字線101和非磁性位線102交叉的位置，在鐵磁性寫(xiě)入字線101和金屬布線層104之間形成磁阻效應(yīng)元件201。磁阻效應(yīng)元件201從金屬布線層104 —側(cè)層疊有第一鐵》茲性層(固定層) 202、第一非^茲性層203、第二鐵/磁性層(自由層)204。這時(shí)，^茲阻效應(yīng)元件 201的電阻值由第一鐵磁性層的磁化方向207和第二鐵磁性層的磁化方向206 平行地配置或逆平行地配置來(lái)決定。因而，希望使用反鐵磁性耦合等將第一鐵磁性層的磁化固定在鐵磁性寫(xiě)入 位線的方向上。這里，第二鐵磁性層與非磁性位線102電連接。非磁性位線 102與鐵磁性寫(xiě)入字線101電連接。在本發(fā)明中，向磁阻效應(yīng)元件的自由層的磁化方向的寫(xiě)入使用自旋累積技 術(shù)。該技術(shù)通過(guò)將非磁性層與鐵磁性層連接，將從鐵磁性層自旋極化了的電子 注入非磁性層來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，如非專(zhuān)利文獻(xiàn)2那樣，向非磁性層注入的自旋極化電子遍及非磁性 層的自旋擴(kuò)散長(zhǎng)度的范圍，使其二在非磁性層中產(chǎn)生自旋的不均衡。進(jìn)而考慮 將鐵磁性層連接在非磁性層的另一端，用二個(gè)鐵磁性層夾住非磁性層的構(gòu)造。這種情況，如非專(zhuān)利文獻(xiàn)3那樣，若從一方的鐵磁性層向非磁性層注入自 旋極化了的電子而使自旋累積在非磁性層中，則另一方的鐵磁性層能吸收該自 旋。另外，若考慮自旋注入一側(cè)的鐵磁性層和非磁性層的狀態(tài)密度，則能用電 流的方向改變?cè)诜谴判詫又欣鄯e的自旋方向。因此，自旋吸收一側(cè)的鐵磁性層與非磁性層的磁化方向?qū)?yīng)地改變磁化方 向。即，用電流的方向能重寫(xiě)磁化的方向。將這樣的自旋累積方式應(yīng)用到磁阻效應(yīng)元件的自由層磁化方向的重寫(xiě)。實(shí) 施例1的磁阻效應(yīng)元件201把第一非磁性層203 (中間層)介于中間，使第一 鐵磁性層202 (固定層)和第二鐵》茲性層204 (自由層)電連接，做成由上述 第二鐵磁性層204的磁化方向顯示磁阻效應(yīng)的構(gòu)造。上述的第二鐵J茲性層204與非^磁性位線102電連接。另外，以與上述非磁 性位線102交叉的方式連接有鐵」磁性寫(xiě)入字線101。這里，其結(jié)構(gòu)是鐵磁性寫(xiě)入字線101的方向與第一鐵》茲性層202和第二鐵 磁性層204的易磁化軸方向一致。第一鐵磁性體202通過(guò)金屬布線層104及晶 體管105與源線107電連接。晶體管105的柵極與讀出字線106電連接。作為開(kāi)關(guān)元件之一雖使用晶體管，但本發(fā)明不限定晶體管。作為寫(xiě)入動(dòng)作，寫(xiě)入電流205流經(jīng)鐵磁性寫(xiě)入字線101和非磁性位線102 之間，在與電流方向的方向響相應(yīng)的方向上重寫(xiě)第二鐵^茲性層的^茲化方向 206。流過(guò)非磁性位線102的電流方向既可以是圖2 (a)的右方向，也可以是 左方向。具體地，若在磁存儲(chǔ)器中選擇一個(gè)鐵磁性寫(xiě)入字線101和一個(gè)非磁性位線 102,則從鐵磁性寫(xiě)入字線101向位于其交點(diǎn)的存儲(chǔ)元件103附近的非磁性位 線102注入自旋。所注入的自旋累積在非磁性位線102中。由于寫(xiě)入字線101由鐵磁性體構(gòu)成，因而，若從寫(xiě)入字線101向非磁性位 線102注入自旋，則在非磁性位線102中累積與鐵磁性寫(xiě)入字線101的自旋相 同方向的自》走。累積在非磁性位線102中的自旋在位線中擴(kuò)散，被第二鐵磁性層204吸收。 因此，若寫(xiě)入電流超過(guò)某閾值，則第二鐵磁性層的^茲化成為與鐵磁性寫(xiě)入字線 101的》茲化方向208相同的方向。另一方面，若從非磁性位線102向鐵磁性寫(xiě)入字線101注入電子，則由于 具有與鐵磁性寫(xiě)入字線101的自旋相同方向的自旋的電子容易通過(guò)寫(xiě)入字線 101，因而與鐵磁性寫(xiě)入字線101的自旋相反方向的自旋累積在非磁性位線102 中。由于該自旋在非磁性位線102中擴(kuò)散并被第二鐵磁性層204吸收，因而， 若寫(xiě)入電流超過(guò)某閾值，則第二鐵磁性層204的磁化成為與鐵磁性寫(xiě)入字線 101的》茲化方向208相反方向。即，能用電流的方向重寫(xiě)第二鐵磁性層的磁化方向。以下，根據(jù)圖3詳細(xì) 說(shuō)明寫(xiě)入動(dòng)作。首先，說(shuō)明使鐵磁性寫(xiě)入字線101和第二鐵磁性層的磁化為平行的結(jié)構(gòu)。 這時(shí)，如圖3(a)所示，使電流從非磁性位線102流向鐵磁性寫(xiě)入字線101。 由于電子從鐵磁性寫(xiě)入字線IOI傳導(dǎo)給非磁性位線102,因而，根據(jù)鐵磁性寫(xiě) 入字線101的狀態(tài)密度301的差，逆自旋便累積在非磁性位線102中。因此， 第二鐵磁性層的磁化變成與鐵磁性寫(xiě)入字線101的磁化平行。接著，說(shuō)明使鐵磁性寫(xiě)入字線101和第二鐵磁性層的磁化為逆平行的結(jié)構(gòu)。這時(shí)，如圖3 (b)所示，電流從鐵磁性寫(xiě)入字線101流向非磁性位線102。 由于電子從非磁性位線102傳導(dǎo)給鐵磁性寫(xiě)入字線101，因而，根據(jù)鐵磁性寫(xiě) 入字線101的狀態(tài)密度303的差，逆自旋容易傳導(dǎo)給鐵^磁性寫(xiě)入字線101，其 結(jié)果，順自旋累積在非磁性位線102中。由于所累積的自旋被第二鐵磁性層吸 收，第二鐵磁性層的磁化方向則反轉(zhuǎn)。因此，第二鐵磁性層的磁化變成與鐵磁 性寫(xiě)入字線101的^茲化逆平行。接著，說(shuō)明讀出動(dòng)作。讀出信息由圖2的磁阻效應(yīng)元件201部分的電阻值 決定。因而，需要使電流流過(guò)磁阻效應(yīng)元件201。電流路徑如圖2 (a)的讀出 電流209所示。這里，流過(guò)非;磁性位線102和源線107的電流的方向也既可以 是圖2的右方向，也可以是圖2的左方向。若對(duì)非磁性讀出字線106提供電位，晶體管105處于有源狀態(tài)。因此，能 使讀出電流209從非》茲性位線102通過(guò)^茲阻效應(yīng)元件201 、金屬布線層104、 晶體管105流到源線107。因而，能讀出磁阻效應(yīng)元件201的電阻。另外，由于是層疊構(gòu)造，寫(xiě)入時(shí)從鐵^茲性寫(xiě)入字線101注入的電子沿膜厚 方向在非磁性位線102中擴(kuò)散，并被第二鐵磁性層吸收。位線能制作成薄到數(shù) 納米程度，與在面內(nèi)方向制造作元件的情況比較，能減少重寫(xiě)所需要的電流。這里，位線中的自旋累積效應(yīng)的大小與下述數(shù)學(xué)式1成比例。其中，P是 從鐵磁性寫(xiě)入字線101注入到非磁性位線102中的電子自旋的極化率，S是位 線的自旋擴(kuò)散長(zhǎng)度，I是電流，G是位線的電導(dǎo)，A是TMR元件的斷面積，L 是位線的膜厚度。 數(shù)學(xué)式l: P2SI . exp(-L/S)/GA由此可知，累積的效應(yīng)與A成反比例地增大。即，由于將TMR元件 的斷面積做得越小，累積的效應(yīng)越大，因而寫(xiě)入需要的電流也越小。進(jìn)而，若 減小L的位線膜厚變，則累積的效應(yīng)同樣增大。圖4是估計(jì)減少L時(shí)的自旋累積大小的結(jié)果。TMR元件的斷面積為50 x 180nm時(shí)，若使膜厚從400nm減少到50nm，寫(xiě)入的電流值就能降低到0. 5mA。 由此可知，可使膜厚進(jìn)一步減少，該發(fā)明對(duì)降低寫(xiě)入電流是非常有效的。鐵磁性寫(xiě)入字線101的材料，作為候補(bǔ)可舉出所有的鐵J茲性體。例如，有Co、 Fe、 Ni、 CoFe、 CoFeB、 NiFe、 NiFeB等，為了進(jìn)一步減少寫(xiě)入電流，以 選擇半金屬等P值高的材料為宜。在半金屬場(chǎng)合，由于P值大致是l,所以能 使寫(xiě)入電流下降。關(guān)于非磁性位線102的材料，所有的非磁性體都為其材料。例如，可以舉 出A1、 Cu等。但是為了減小寫(xiě)入電流，希望S大且G小的物資。因而，若使 用半導(dǎo)體或超導(dǎo)體效果更好。使用半導(dǎo)體時(shí)，能不降低S而減小G。而使用了 超導(dǎo)體時(shí)，由于從鐵^茲性寫(xiě)入字線101注入的電子以超導(dǎo)位線的準(zhǔn)粒子狀態(tài)注 入，所以能使實(shí)效的G減小。接著，由于磁阻效應(yīng)元件201是紀(jì)錄保持部分，因而以電阻變化大者為佳。 因而，雖然可以使用CPP-GMR構(gòu)造，但是希望4吏用電阻變化更大的隧道,茲阻 元件(TMR元件)。作為材料，在CPP-GMR的場(chǎng)合所有的非磁性體都為該材料。在TMR元 件場(chǎng)合，第一非磁性層使用絕緣層。絕緣層的材料雖可列舉氧化鋁、氧化鎂等， 但優(yōu)選電阻變化更大的氧化鎂。關(guān)于第一鐵磁性層、第二鐵磁性層，作為候補(bǔ) 可列舉所有的鐵》茲性體。例如，有Co、 Fe、 Ni、 CoFe、 CoFeB、 NiFe、 NiFeB 等，為了使電阻變化更大，優(yōu)選使用P值大的半金屬等。以上，在采用了本發(fā)明的磁存儲(chǔ)器中，可利用上述結(jié)構(gòu)將存儲(chǔ)元件103 的讀出電流和寫(xiě)入電流的電流路徑分開(kāi)。即，由于寫(xiě)入的電流路徑和讀出的電 流路徑不同，因而在寫(xiě)入時(shí)，電流不會(huì)在成為記錄部分的石茲阻效應(yīng)元件201中流動(dòng)。由于寫(xiě)入時(shí)的電流比讀出時(shí)大，通過(guò)估文成不讓寫(xiě)入電流直^妄流到^茲阻效應(yīng) 元件201中的結(jié)構(gòu)，從而能減輕磁阻效應(yīng)元件201的破壞。并且，讀出時(shí)引起 誤寫(xiě)入的危險(xiǎn)變小。特別是在使用TMR元件的場(chǎng)合，TMR元件的破壞大約在1V發(fā)生。但是， 在本發(fā)明中，電流在TMR元件中流動(dòng)僅僅在讀出時(shí)。在讀出TMR元件的電 阻值時(shí)，僅有0.2V的電位差就讀出。因此，通過(guò)讀出電流值的設(shè)計(jì)也能減輕 元件-皮壞。實(shí)施例2如圖5所示，非磁性位線102和鐵磁性寫(xiě)入字線101也可以使第二絕緣層501介于中間進(jìn)行電連接。這里，第二絕緣層501具有作為隧道阻擋層的功能。 若采用這種結(jié)構(gòu)，從寫(xiě)入字線注入的自旋在寫(xiě)入字線和位線的界面不接受散射，P顯示出與用4失磁性體構(gòu)成的寫(xiě)入字線同樣高的值。因此，能降低寫(xiě)入電流。實(shí)施例3如圖6所示，第二鐵》茲性層和非^磁性位線102也可以使第三絕緣層601介 于中間進(jìn)行電連接。這里，第三絕緣層601具有作為隧道阻擋層的功能。在不 使用第三絕緣層601的場(chǎng)合，第二鐵》茲性層作為自旋極化了的電子的受主的作 用。另一方面，在使用了第三絕緣層的場(chǎng)合，由于電子不接受在界面的散射， 因而仍然保持高的極化率傳導(dǎo)到第二鐵^磁性層。實(shí)施例4在具有自旋累積極化反轉(zhuǎn)型磁紀(jì)錄元件的磁存儲(chǔ)器中，敘述制作多值構(gòu)造 的場(chǎng)合的實(shí)施例。如圖7所示，通過(guò)在4先磁性寫(xiě)入字線101和非》茲性讀出位線交叉的部分層 疊磁紀(jì)錄元件而可實(shí)現(xiàn)多值化。這種場(chǎng)合，在圖1的磁存儲(chǔ)器中，第三鐵磁性 層702、第二非磁性層703、第四鐵磁性層704通過(guò)金屬布線層701與鐵磁性 寫(xiě)入字線101和非磁性讀出位線102交叉的部分電連接。第四鐵磁性層通過(guò)第 二非磁性位線705與第二鐵磁性寫(xiě)入字線706電連接。
權(quán)利要求
1.一種存儲(chǔ)元件，其特征是，具有鐵磁性字線，與上述鐵磁性字線交叉的非磁性位線，與上述鐵磁性字線相對(duì)的布線，在上述鐵磁性字線及上述非磁性位線的交叉部分和上述布線之間設(shè)置的磁阻效應(yīng)元件；上述磁阻效應(yīng)元件具有在上述布線側(cè)設(shè)置的第一鐵磁性層，在上述鐵磁性字線側(cè)設(shè)置的第二鐵磁性層，在上述第一鐵磁性層和上述第二鐵磁性層之間設(shè)置的非磁性層；在寫(xiě)入動(dòng)作時(shí)，通過(guò)使電流在上述鐵磁性字線和上述非磁性位線之間流動(dòng)，使自旋從上述鐵磁性字線累積到非磁性位線，從而使上述第二鐵磁性層的磁化方向反轉(zhuǎn)；在讀出動(dòng)作時(shí)，使電流沿上述磁阻效應(yīng)元件的膜厚方向流動(dòng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1記載的存儲(chǔ)元件，其特征是， 在上述寫(xiě)入動(dòng)作時(shí)，通過(guò)使電流從上述非磁性位線向上述鐵磁性字線流動(dòng)，從而使逆自旋從上 述鐵磁性字線累積到上述非磁性位線上，通過(guò)使電流從上述鐵磁性字線向上述非磁性位線流動(dòng)，從而使順自旋從上 述鐵磁性字線累積到上述非磁性位線上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2記載的存儲(chǔ)元件，其特征是，由于累積上述逆自旋，上述第二鐵磁性層的磁化方向成為與上述鐵磁性字 線的磁化方向平行，由于累積上述順自旋，上述第二鐵磁性層的磁化方向成為與上述鐵磁性字 線的磁化方向逆平行。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1記栽的存儲(chǔ)元件，其特征是， 在上述讀出動(dòng)作時(shí)，電流在上述非磁性位線和上述布線之間流動(dòng)。
5. 才艮據(jù)權(quán)利要求4記載的存儲(chǔ)元件，其特征是，上述》茲阻效應(yīng)元件通過(guò)開(kāi)關(guān)元件與源線電連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5記栽的存儲(chǔ)元件，其特征是， 上述開(kāi)關(guān)元件是晶體管，具有與上述晶體管的柵極電連接的讀出字線； 與上述晶體管的漏極電連接的上述源線； 與上述晶體管的源極電連接的上述布線。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1記載的存儲(chǔ)元件，其特征是， 還具有在上述非磁性位線和上述鐵磁性字線之間設(shè)置的絕緣層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1記載的存儲(chǔ)元件，其特征是， 還具有在上述第二鐵磁性層和非磁性位線之間設(shè)置的絕緣層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1記載的存儲(chǔ)元件，其特征是， 上述磁阻效應(yīng)元件是CPP-GMR或TMR。
10. —種自旋RAM，其特征是， 具有第一鐵磁性字線，與上述第 一鐵磁性字線交叉的第 一非磁性位線， 與上述第 一鐵》茲性字線相對(duì)的第 一布線，在上述第一鐵磁性字線及上述第一非磁性位線的交叉部分和上述第 一布線之間設(shè)置的第 一》茲阻效應(yīng)元件，在與同上述第一鐵磁性字線的上述第一非磁性位線交叉的面相反一 側(cè)設(shè)置的第二布線，第二鐵磁性字線，與上述第二鐵》茲性字線交叉的第二非磁性位線， 在上述第二鐵磁性字線及上述第二非磁性位線的交叉部分和上述第 二布線之間設(shè)置的第二^茲阻效應(yīng)元件；上述第 一,茲阻效應(yīng)元件具有在上述第 一布線側(cè)設(shè)置的第 一鐵磁性層，在上 述第 一鐵磁性字線側(cè)設(shè)置的第二鐵磁性層，在上述第 一鐵磁性層和上述第二鐵 磁性層之間設(shè)置的第 一非磁性層；上述第二磁阻效應(yīng)元件具有在上述第二布線側(cè)設(shè)置的第三鐵磁性層，在上 述第二鐵磁性字線側(cè)設(shè)置的第四鐵磁性層，在上述第三鐵磁性層和上述第四鐵磁性層之間設(shè)置的第二非磁性層；在寫(xiě)入動(dòng)作時(shí)，通過(guò)使電流在上述第一鐵磁性字線和第一非磁性位線之間 流動(dòng)，使自旋從上述第一鐵磁性字線累積到上述第一非磁性位線上，從而使上 述第二鐵磁性層的磁化方向反轉(zhuǎn)，通過(guò)使電流在上述第二鐵磁性字線和第二非磁性位線之間流動(dòng)，使自旋從 上述第二鐵磁性字線累積到上述第二非磁性位線上，從而使第四鐵磁性層的磁 化方向反轉(zhuǎn);在讀出動(dòng)作時(shí)，使電流沿上述第 一》茲阻效應(yīng)元件及第二;茲阻效應(yīng)元件的膜 厚方向流動(dòng)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO記載的自旋RAM，其特征是，上述第 一磁阻效應(yīng)元件及第二磁阻效應(yīng)元件通過(guò)開(kāi)關(guān)元件與源線電連接。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11記載的自旋RAM，其特征是， 上述開(kāi)關(guān)元件是晶體管，具有與上述晶體管的柵極電連接的讀出字線； 與上述晶體管的漏極電連接的上述源線； 與上述晶體管的源極電連接的上述第一布線。
全文摘要
本發(fā)明涉及存儲(chǔ)元件及自旋RAM。本發(fā)明提供一種耐久性?xún)?yōu)良的自旋存儲(chǔ)器。其具備鐵磁性字線、與鐵磁性字線交叉的非磁性位線、與鐵磁性字線相對(duì)的布線和在鐵磁性字線及非磁性位線的交叉部分和布線之間設(shè)置的磁阻效應(yīng)元件。在寫(xiě)入動(dòng)作時(shí)，通過(guò)使電流在鐵磁性字線和上述非磁性位線之間流動(dòng)，并使自旋從鐵磁性字線累積到非磁性位線，從而使磁阻效應(yīng)元件的自由層的磁化方向反轉(zhuǎn)。在讀出動(dòng)作時(shí)，使電流在非磁性位線和布線之間流動(dòng)，使電流沿磁阻效應(yīng)元件的膜厚方向流動(dòng)。
文檔編號(hào)H01L43/08GK101325087SQ20081009886
公開(kāi)日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2008年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月13日
發(fā)明者三浦勝哉 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所