磁存儲器制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及磁存儲器，具備：導(dǎo)電層，具有第1端子及第2端子；多個磁阻元件，相互間隔地配置于所述第1端子與所述第2端子之間的所述導(dǎo)電層，各磁阻元件具有參照層、配置于所述參照層與所述導(dǎo)電層之間的存儲層以及配置于所述存儲層與所述參照層之間的非磁性層；以及電路，對所述多個磁阻元件的所述參照層施加第1電位，并且使第1寫入電流在所述第1端子與第2端子之間流過，對所述多個磁阻元件中的應(yīng)該寫入數(shù)據(jù)的磁阻元件的所述參照層施加第2電位并且使與所述第1寫入電流反向的第2寫入電流在所述第1端子與第2端子之間流過。

Magnetic storage

The present invention relates to a magnetic memory includes a conductive layer, with first terminals and 2 terminals; a plurality of magnetoresistive elements, each interval is arranged between the first terminal and the second terminal of the conductive layer, the magnetoresistive element having a reference layer and configured in the reference layer and the conductive layer the storage layer and configuration in the storage layer and the nonmagnetic layer between the reference layer; and the circuit, a first potential of the plurality of magnetoresistive elements of the reference layer, and the first write current between the first terminal and the second terminal through a second potential and with the first write a reverse current second write current between the first terminal and the second terminal through to the plurality of magnetoresistive element in writing data of the magnetoresistive element reference layer.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
磁存儲器相關(guān)申請的交叉引用本申請基于在先日本專利申請第2015－243603號(日本申請日：2015年12月14日)和第2016－153933號(日本申請日：2016年8月4日)并享有上述申請的優(yōu)先權(quán)，通過引用將上述申請的全部內(nèi)容并入本文中。
本專利技術(shù)的實施方式涉及磁存儲器。
技術(shù)介紹
作為既有的存儲器，被分類為易失性的(SRAM(StaticRandomAccessMemory，靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器)、DRAM(DynamicRandomAccessMemory，動態(tài)隨機(jī)存取存儲器))工作存儲器和非易失性的(NAND閃存存儲器、HDD(HardDiskDrive，硬盤驅(qū)動器))存儲設(shè)備。但是，在這些易失性存儲器中，在SRAM中泄漏電流大，在DRAM中由于刷新電流而能耗大。為了解決該問題，將各種非易失性存儲器作為與SRAM、DRAM相關(guān)的工作存儲器進(jìn)行研究。但是，關(guān)于工作存儲器，動作(Active)時的頻度比待機(jī)(Standby)時的頻度高。因此，在動作時，需要大的寫入電荷(Qw)，寫入能量增大。其結(jié)果，在待機(jī)時通過其非易失性而保存的能量在動作時用盡，難以整體地降低能耗。這被稱為非易失性存儲器的歷史性困境，產(chǎn)生直到當(dāng)前為止作為產(chǎn)品仍未解決的課題。最近，在使用實驗室等級的最佳數(shù)據(jù)的仿真中，通過STT(SpinTransferTorque，自旋轉(zhuǎn)移力矩)－MRAM(MagneticRandomAccessMemory，磁性隨機(jī)存取存儲器)，當(dāng)在動作頻度比較少的最下層的閃存存儲器(LLC(LastLevelCache))中使用STT－MRAM的情況下，達(dá)到能夠持續(xù)降低能耗的狀況。當(dāng)在LLC的上層的閃存存儲器中使用STT－MRAM的情況下，動作頻度格外增加，所以實際上消耗大量的能量，無論如何也無法解決上述能耗的降低。附圖說明圖1是示出第1實施方式的磁存儲器的存儲器單元的立體圖。圖2是說明第1實施方式的磁存儲器的存儲器單元中的寫入方法的圖。圖3是說明第1實施方式的磁存儲器的存儲器單元中的寫入方法的圖。圖4是示出第1實施方式的磁存儲器的電路圖。圖5是示出第1實施方式的磁存儲器的等價電路的一個例子的圖。圖6是示出第2實施方式的磁存儲器的電路圖。圖7是示出第3實施方式的磁存儲器的電路圖。圖8是示出第4實施方式的磁存儲器的電路圖。圖9是示出第5實施方式的磁存儲器的電路圖。圖10是示出第6實施方式的磁存儲器的寫入方法的圖。圖11是示出表示對MTJ元件的參照層施加的電壓與MTJ元件的閾值電流的關(guān)系的通過仿真求出的結(jié)果的圖。圖12A是示出對MTJ元件的參照層施加正的電壓的情況下的電阻相對電流的磁滯特性的圖。圖12B是示出不對MTJ元件的參照層施加電壓的情況下的電阻相對電流的磁滯特性的圖。圖12C是示出對MTJ元件的參照層施加負(fù)的電壓的情況下的電阻相對電流的磁滯特性的圖。圖13是示出通過實驗求出對MTJ元件施加的電壓與在導(dǎo)電層中流過并被觀測到磁化反轉(zhuǎn)的電流值的關(guān)系的結(jié)果的圖。圖14A是示出第1實施方式的第1變形例的磁存儲器的剖面圖。圖14B是示出第1實施方式的第1變形例的磁存儲器的俯視圖。圖14C是示出第1實施方式的第1變形例的磁存儲器的剖面圖。圖15A是示出第1實施方式的第2變形例的磁存儲器的剖面圖。圖15B是示出第1實施方式的第2變形例的磁存儲器的剖面圖。圖16是示出在存儲層和隧道勢壘的界面產(chǎn)生的界面磁各向異性(Ks)與反轉(zhuǎn)電流值Ic0的關(guān)系的圖。圖17是示出第1實施例的磁存儲器的剖面圖。圖18是示出第1實施例的磁存儲器的制造方法的剖面圖。圖19是示出第1實施例的磁存儲器的制造方法的剖面圖。圖20是示出第1實施例的磁存儲器的制造方法的剖面圖。圖21是示出第1實施例的磁存儲器的制造方法的剖面圖。圖22是示出第1實施例的磁存儲器的剖面圖。圖23是示出第2實施例的磁存儲器的剖面圖。圖24是示出第3實施例的磁存儲器的剖面圖。圖25是示出第4實施例的磁存儲器的剖面圖。圖26是示出第4實施例的磁存儲器的存儲器元件的俯視圖。圖27是示出第4實施例的磁存儲器的制造方法的剖面圖。圖28是示出第4實施例的磁存儲器的制造方法的剖面圖。圖29是示出第4實施例的磁存儲器的制造方法的剖面圖。圖30是示出第4實施例的磁存儲器的制造方法的剖面圖。圖31A是示出第5實施例的磁存儲器的俯視圖。圖31B是示出第5實施例的磁存儲器的存儲器元件的俯視圖。圖32是示出第6實施例的磁存儲器的剖面圖。圖33是示出第6實施例的磁存儲器的剖面圖。圖34是示出第6實施例的磁存儲器的剖面圖。圖35是示出第7實施例的磁存儲器的剖面圖。圖36是示出第7實施例的磁存儲器的俯視圖。圖37是示出第8實施例的磁存儲器的剖面圖。圖38是示出第7實施方式的磁存儲器的電路圖。(符號說明)1：磁存儲器；10、1011～1022：存儲器單元；12：導(dǎo)電層；12a：第1端子；12b：第2端子；13a：具有上旋的電子；13b：具有下旋的電子；201～208：磁阻元件(MTJ元件)；21：存儲層；22：非磁性層；23：參照層；251～268：位選擇晶體管；271～278：二極管；281～288：晶體管；31：字節(jié)選擇晶體管；32：字節(jié)選擇晶體管；110：控制電路；120：控制電路。具體實施方式本實施方式涉及一種磁存儲器，具備：導(dǎo)電層，具有第1端子及第2端子；多個磁阻元件，相互間隔地配置于所述第1端子與所述第2端子之間的所述導(dǎo)電層，各磁阻元件具有參照層、配置于所述參照層與所述導(dǎo)電層之間的存儲層以及配置于所述存儲層與所述參照層之間的非磁性層；以及電路，對所述多個磁阻元件的所述參照層施加第1電位，并且使第1寫入電流在所述第1端子與第2端子之間流過，對所述多個磁阻元件中的應(yīng)該寫入數(shù)據(jù)的磁阻元件的所述參照層施加第2電位并且使與所述第1寫入電流反向的第2寫入電流在所述第1端子與第2端子之間流過。以下，參照附圖，說明實施方式。(第1實施方式)參照圖1至圖3，說明第1實施方式的磁存儲器。本實施方式的磁存儲器具有至少一個存儲器單元，該存儲器單元的結(jié)構(gòu)如圖1所示。該存儲器單元10具備導(dǎo)電層12、在該導(dǎo)電層12的一面上間隔地設(shè)置的多個(例如8個)磁阻元件201～208、與各磁阻元件20i(i＝1，…，8)對應(yīng)地設(shè)置的晶體管25i、在導(dǎo)電層10中流過電流的晶體管31、32以及控制電路110、120。導(dǎo)電層12使用例如Ta、W或者Pt等金屬。在導(dǎo)電層12中流過寫入電流Iw。在導(dǎo)電層12中流過的電流的方向通過控制電路110控制。此時，在導(dǎo)電層12內(nèi)，流過例如具有上旋(upspin)的電子13a和具有下旋(downspin)的電子13b。用箭頭表示電子13a、13b的自旋的方向。各磁阻元件20i(i＝1，…，8)具備具有在導(dǎo)電層12上設(shè)置的存儲層21、在存儲層12上設(shè)置的非磁性層22以及在非磁性層22上設(shè)置的參照層23的層疊構(gòu)造。各磁阻元件20i(i＝1，…，8)既可以是非磁性層22為絕緣層的MTJ(MagneticTunnelJunction，磁性隧道結(jié))元件，也可以是非磁性層22為非磁性金屬層的GMR(GiantMagneto－Resistive，巨磁阻)元件。在磁阻元件是MTJ元件并且存儲層21以及參照層23的磁化本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種磁存儲器，具備：導(dǎo)電層，具有第1端子及第2端子；多個磁阻元件，相互間隔地配置于所述第1端子與所述第2端子之間的所述導(dǎo)電層，各磁阻元件具有參照層、配置于所述參照層與所述導(dǎo)電層之間的存儲層以及配置于所述存儲層與所述參照層之間的非磁性層；以及電路，對所述多個磁阻元件的所述參照層施加第1電位，并且使第1寫入電流在所述第1端子與第2端子之間流過，對所述多個磁阻元件中的應(yīng)該寫入數(shù)據(jù)的磁阻元件的所述參照層施加第2電位并且使與所述第1寫入電流反向的第2寫入電流在所述第1端子與第2端子之間流過。

【技術(shù)特征摘要】
2015.12.14 JP 2015-243603;2016.08.04 JP 2016-153931.一種磁存儲器，具備：導(dǎo)電層，具有第1端子及第2端子；多個磁阻元件，相互間隔地配置于所述第1端子與所述第2端子之間的所述導(dǎo)電層，各磁阻元件具有參照層、配置于所述參照層與所述導(dǎo)電層之間的存儲層以及配置于所述存儲層與所述參照層之間的非磁性層；以及電路，對所述多個磁阻元件的所述參照層施加第1電位，并且使第1寫入電流在所述第1端子與第2端子之間流過，對所述多個磁阻元件中的應(yīng)該寫入數(shù)據(jù)的磁阻元件的所述參照層施加第2電位并且使與所述第1寫入電流反向的第2寫入電流在所述第1端子與第2端子之間流過。2.一種磁存儲器，具備：導(dǎo)電層，具有第1端子及第2端子；多個磁阻元件，相互間隔地配置于所述第1端子與所述第2端子之間的所述導(dǎo)電層，各磁阻元件具有參照層、配置于所述參照層與所述導(dǎo)電層之間的存儲層以及配置于所述存儲層與所述參照層之間的非磁性層；以及電路，對所述多個磁阻元件中的第1群的磁阻元件的所述參照層施加第1電位并且對所述多個磁阻元件中的與所述第1群不同的第2群的磁阻元件的所述參照層施加與所述第1電位不同的第2電位，并且使第1寫入電流在所述第1端子與第2端子之間流過，對所述第1群的磁阻元件的所述參照層施加所述第2電位并且對所述第2群的磁阻元件的所述參照層施加所述第1電位，并且使與所述第1寫入電流反向的第2寫入電流在所述第1端子與第2端子之間流過。3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的磁存儲器，其特征在于，還具備：多個第1晶體管，與所述多個磁阻元件對應(yīng)地設(shè)置，各晶體管具有第3端子及第4端子和第1控制端子，所述第3端子與對應(yīng)的磁阻元件的所述參照層電連接；以及第2晶體管，具有第5端子及第6端子和第2控制端子，所述第5端子與所述第1端子電連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁存儲器，其特征在于，所述多個第1晶體管的所述第1控制端子與相互不同的多根第1布線連接，所述第4端子與一根第2布線連接。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁存儲器，其特征在于，還具備第3晶體管，該第3晶體管具有第7端子及第8端子和第3控制端子，所述第7端子與所述第2端子電連接。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁存儲器，其特征在于，所述多個第1晶體管的所述第1控制端子與相互不同的多根第1布線連接，所述第4端子與一根第2布線連接，所述第2控制端子和所述第3控制端子與一根第3布線連接。7.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的磁存儲器，其特征在于，還具備：多個二極管，與所述多個磁阻元件對應(yīng)地設(shè)置，各二極管的陰極以及陽極的一方與對應(yīng)的磁阻元件的所述參照層電連接；以及第1晶體管，具有第3端子及第4端子和第1控制端子，所述第3端子與所述第1端子電連接。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁存儲器，其特征在于，還具備第2晶體管，該第2晶體管具有第5端子及第6端子和第2控制端子，所述第5端子與所述第2端子電連接。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的磁存儲器，其特征在于，所述第1控制端子和所述第2控制端子與一根第1布線連接。10.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的磁存儲器，其特征在于，所述磁阻元件的所述非磁性層是絕緣層。11.一種磁存儲器，具備：第1導(dǎo)電層，具有第1端子及第2端子；第1磁阻元件及第2磁阻元件，相互間隔地配置于所述第1端子與所述第2端子之間的所述第1導(dǎo)電層，所述第1磁阻元件及第2磁阻元件分別具有參照層、配置于所述參照層與所述第1導(dǎo)電層之間的存儲層以及配置于所述存儲層與所述參照層之間的非磁性層；以及電路，對所述第1磁阻元件及第2磁阻元件的所述參照層施加第1電位并且使第1寫入電流在所述第1端子與第2端子之間流過，對所述第1磁阻元件及第2磁阻元件中的應(yīng)該寫入數(shù)據(jù)的磁阻元件的所述參照層施加第2電位并且使與所述第1寫入電流反向的第2寫入電流在所述第1端子與第2端子之間流過。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的磁存儲器，其特征在于，還具備：第3端子，配置于所述第1端子與所述第2端子之間的所述導(dǎo)電層，所述第1磁阻...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：與田博明，下村尚治，大澤裕一，大坊忠臣，井口智明，白鳥聰志，山百合，上口裕三，
申請(專利權(quán))人：株式會社東芝，
類型：發(fā)明
國別省市：日本,JP