(57)【要約】【課題】メモリ容量と密度が増大することによって起こるメモリ書込電流を抑制すること。【解決手段】  本発明は、層間相互作用によって、反転磁場を降下させる磁気抵抗メモリであって、第一反強磁性層と、第一反強磁性層上に形成される固定層と、固定層上に形成されるトンネルバリア層と、トンネルバリア層上に形成される強磁性自由層と、強磁性自由層上に形成される金属層及び、金属層上に形成される第二反強磁性層と、を含むことを特徴としている。その中、前記第二反強磁性層の磁化容易軸方向は前記強磁性自由層の磁化容易軸方向と平行に配置され、前記第二反強磁性層上と前記金属層との接触界面のネットモーメント（ｎｅｔ  ｍｏｍｅｎｔ）は殆どゼロである。本発明に開示されていた層間相互作用によって、反転磁場を降下させる磁気抵抗メモリは、強磁性自由層の反転磁場を降下させる利点を有すると共に、データを書き込む電流を低減できる。【選択図】  図１
2006190954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
層間相互作用によって、反転磁場を降下させる磁気抵抗メモリは、少なくとも一つの強磁性自由層を有する磁性メモリセルと、
強磁性自由層上に形成される金属層、及び
金属層上に形成される反強磁性層と、を含むことを特徴とする磁気抵抗メモリ。
【請求項２】
第二反強磁性層の磁化容易軸(
easy axis)方向は前記強磁性自由層の磁化容易軸方向と平行に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗メモリ。
【請求項３】
前記第二反強磁性層上と金属層との接触界面のネットモーメント（ｎｅｔ  ｍｏｍｅｎｔ）は殆どゼロであることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗メモリ。
【請求項４】
前記金属層は非磁性金属材料であることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗メモリ。
【請求項５】
前記第二反強磁性層は反強磁性金属材料であることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗メモリ。
【請求項６】
層間相互作用によって、反転磁場を降下させる磁気抵抗メモリは、第一反強磁性層と
第一反強磁性層上に形成される固定層と、
固定層上に形成されるトンネルバリア層（tunnel
barrier layer）と、
トンネルバリア層上に形成される強磁性自由層と、
強磁性自由層上に形成される金属層、及び
金属層上に形成される第二反強磁性層と、を含むことを特徴とする磁気抵抗メモリ。
【請求項７】
前記第二反強磁性層の磁化容易軸方向は強磁性自由層の磁化容易軸方向と平行に配置されていることを特徴とする請求項6に記載の磁気抵抗メモリ。
【請求項８】
前記第二反強磁性層上と金属層との接触界面のネットモーメント（ｎｅｔ  ｍｏｍｅｎｔ）は殆どゼロであることが特徴とする請求項6に記載の磁気抵抗メモリ。
【請求項９】
前記金属層は非磁性伝導金属材料であることを特徴とする請求項6に記載の磁気抵抗メモリ。
【請求項１０】
前記第二反強磁性層は反強磁性金属材料であることを特徴とする請求項6に記載の磁気抵抗メモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗メモリに関するものであり、特に、反転磁場を降下させ、低消費電力の、強磁性自由層に関する磁気抵抗メモリである。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗メモリ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ；ＭＲＡＭ）は、不揮発性メモリーに属し、磁気抵抗効果を利用して情報を記録し、不揮発性、高積集性、高速な読み書きと抗放射線等の利点がある。データ書き込み時、普通はビット線（Ｂｉｔ  Ｌｉｎｅ）とワード線（Ｗｒｉｔｅ  Ｗｏｒｄ  Ｌｉｎｅ）の二本の配線を使用し、磁場交差による集合選択されたセルを感応し、強磁性自由層の磁性化方向を変化させることにより、その抵抗値を変化する。磁気抵抗メモリは、記録のデータを読込む時、選択された磁性メモリセルに電流を提供して、異なる抵抗値を読込むことにより、データのデジタル値を決定する。
【０００３】
ビット線とワード線との間にある磁性メモリセルは、ソフト強磁性材料層（Ｓｏｆｔ  Ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｌａｙｅｒ）と、トンネルバリア層（Ｔｕｎｎｅｌ  Ｂａｒｒｉｅｒ  ｌａｙｅｒ）と、ハード強磁性材料層（Ｈａｒｄ  Ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｌａｙｅｒ）と、反強磁性材料層（Ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｌａｙｅｒ）及び、非磁性導電層（Ｎｏｎｍａｇｎｅｔｉｃ  ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）との金属材料により堆積製作した多層磁性金属材料の堆積構造である。トンネルバリア層によって、上下二層の強磁性材料の磁性化方向を、平行または反平行にすることで、”０”  或いは”１”の記録状態を決める。
【０００４】
そこで、磁性メモリを高密度に設計することにつれ、メモリセルのサイズが縮小され、強磁性自由層を反転するのに、必要な磁場が大きくなって、電流の提供も増大する。そして、大きな電流に対して、回路を設計する時に、配慮する要素が増え、回路或いは、駆動回路の設計の困難さも増えてしまう。
【０００５】
現在、大電流な問題を解決するためには、磁性メモリセルを変更する技術手段を採り、磁性メモリセルをできるだけ円形に近い形にすることが多い。このような手段により、強磁性自由層の反転磁場を降下することができるが、強磁性自由層の磁化向量の反転行為を複雑にすることになる。
【０００６】
アメリカ特許第６７２８１３２号に、ある解決方式を開示した。それは、主として、強磁性自由層の磁化向量が反転する時に、生じる不連続な反転行為を解決するものであった。その技術手段は、強磁性自由層上を、非磁性金属層と強磁性層で被覆し、金属層の厚さを調整することで、強磁性自由層と被覆強磁性層の磁化向量を反平行に配列させ、密閉な磁力線を形成させる。しかし、強磁性自由層の反転磁場を降下させる効果は、限界がある。
【特許文献１】アメリカ特許第６７２８１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
メモリの容量と密度が大きくなればなる程、磁性メモリセルの構造が小さくなり、データを磁性メモリに書き込む時の必要な電流が増大し、回路を設計する困難さも増えるので、いかに、小さい電流で書き込めるように工夫をするかが、これからの新規な磁性メモリセル構造を開発する時の最大の課題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題を鑑みて、本発明は、層間相互作用によって、反転磁場を降下させる磁気抵抗メモリを提供することを目的として、先行技術に存在している課題を解決する。
【０００９】
本発明の目的に基づいて、本発明に開示している層間相互作用によって、反転磁場を降下させる磁気抵抗メモリは、強磁性自由層の反転磁場を降下することができる。
【００１０】
本発明の目的に基づいて、本発明に開示している層間相互作用によって、反転磁場を降下させる磁気抵抗メモリは、データを書き込み時に、必要な電流を降下することができる。
【００１１】
本発明に開示している層間相互作用によって、反転磁場を降下させる磁気抵抗メモリの特徴と利点は、発明の内容及び実施例で詳しく説明する。また、当業者らは、この詳細な内容から、本発明の技術を明白に理解することができ、そして、本発明の特許請求の範囲及び図面から、いかなる本発明との関連する利点と目的も簡単に理解することができる。
【００１２】
本発明の目的を達成するため、実施例で論述の一番広い説明の如く、本発明に開示している層間相互作用によって、反転磁場を降下させる磁気抵抗メモリは、第一反強磁性層と、第一反強磁性層上に形成される固定層と、固定層上に形成されるトンネルバリア層と、トンネルバリア層上に形成される強磁性自由層と、強磁性自由層上に形成する金属層及び、第二反強磁性層とを含む特徴がある。
【００１３】
本発明に基づいて、前記第二反強磁性層の磁化容易軸方向は前記強磁性自由層の磁化容易軸方向と平行に配置されている。
【００１４】
本発明に基づいて、前記第二反強磁性層上と前記金属層との接触界面のネットモーメント（ｎｅｔ  ｍｏｍｅｎｔ）は殆どゼロである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に基づいて、本発明に開示した、層間相互作用によって、反転磁場を降下させる磁気抵抗メモリは、強磁性自由層の反転磁場を降下させる利点がある。
本発明の主な目的に基づいて、本発明に開示した、層間相互作用によって、反転磁場を降下させる磁気抵抗メモリは、データを書き込み時に、必要な電流を降下させる利点がある。
【００１６】
本発明の主な目的に基づいて、本発明に開示した、層間相互作用によって、反転磁場を降下させる磁気抵抗メモリは、製造工程においての変動性は非常に小さいので、既に、元の磁気抵抗メモリのフレームワークとの結合が可能、そして、強磁性自由層の反転磁場を有効に降下できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の目的・構造・特徴及び機能を一層より理解させるために、下記の実施例で詳しく説明する。この詳細な内容によって、当業者は容易に本発明の内容を理解し、そして実施する。また、本発明に開示している特許請求の範囲及び図面より、本発明に関する利点と目的も簡単に理解することができる。上記の発明内容及び下記の実施例は本発明の原理を示唆するものであり、そして、本発明の特許請求の範囲を更に詳しく解釈することもできる。
【００１８】
図１は、本発明の一般的な磁気抵抗メモリの簡略断面図である。図において、単一な磁気抵抗メモリ（或いはメモリセル）を示すのみであるが、実際のＲＡＭは、数個の『図１』に示した磁気抵抗メモリにより結合することができる。
【００１９】
本発明に開示している磁気抵抗メモリの磁性メモリセルは、第一反強磁性層１０と、第一反強磁性層１０上に形成される固定層２０と、固定層２０上に形成されるトンネルバリア層３０と、トンネルバリア層３０上に形成される強磁性自由層４０と、強磁性自由層４０上に形成する金属層５０及び、金属層５０上に形成される第二反強磁性層６０とを含む特徴がある。
【００２０】
第一反強磁性層１０は反強磁性材料からなり、例えば、ＰｔＭｎ或いはＩｒＭｎの材料から選択することができる。
【００２１】
第一反強磁性層１０上に形成される固定層２０は、一層以上の強磁性層、或いは三層構造の人造反強磁性層により形成される。人造反強磁性層は強磁性材料、非磁性金属及び、強磁性材料を選択して、順序に堆積積層することになり、例えば、ＣｏＦｅ／Ｒｕ／  ＣｏＦｅ或いはＣｏＦｅ／Ｃｕ／  ＣｏＦｅで堆積することで、両強磁性層の磁化方向を反平行に配列させる。
【００２２】
固定層２０上に形成されるトンネルバリア層３０の材料は、例えば、ＡｌＯｘ或いはＭｇＯを選択することができる。
【００２３】
トンネルバリア層３０上に形成される強磁性自由層４０の材料は、一層以上の強磁性材料或いは三層構造の人造反強磁性自由層を選択し、強磁性層の材料はＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ，ＣｏＦｅＢを選択することができ、人造反強磁性自由層はＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ、或いはＣｏＦｅＢ／Ｃｕ／ＣｏＦｅＢを選択することが可能である。自由層４０の磁性方向は自由に変動させることができる。
【００２４】
金属層５０は、一種の非磁性伝導金属材料、例えば、Ｃｕ，Ｒｕ，Ａｇ等が可能である。第二反強磁性層６０は、一種の反強磁性金属材料例えば、ＲｔＭｎ，ＩｒＭｎ，ＣｏＯ等が可能である。
【００２５】
本発明の原理に基づいて、第二反強磁性層６０の磁化容易軸方向は強磁性自由層４０の磁化容易軸方向と平行に配置される。第二反強磁性層６０上と金属層５０との接触界面のネットモーメント（ｎｅｔ  ｍｏｍｅｎｔ）は殆どゼロで、これは、補償（ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ）界面の一種である。
【００２６】
上記の材料は説明のために用いたものであり、この領域の常識者なら理解できるし、同じ効果を達成できる磁性材料も選択可能である。
【００２７】
実施例において、第一反強磁性層１０、固定層２０、トンネルバリア層３０及び強磁性自由層４０により、結合させた磁性メモリセルは、先行技術と似ている。
【００２８】
図２は、本発明に示した磁気抵抗メモリの磁化容易軸方向の説明図であり、その各層の形状と厚さは説明のために用いたものであり、本発明の実施様態を限定するものではない。図において、第二反強磁性層６０の磁化容易軸方向は強磁性自由層４０の磁化容易軸方向と平行に配置されている。
【００２９】
製作工程において、本発明で示した反転磁場を降下させる磁気抵抗メモリは、一般の半導体製作工程によって、製作できる。
【００３０】
まず第一反強磁性層１０を形成してから、その上に固定層２０を形成し、それから、固定層２０上にトンネルバリア層３０を形成する。
【００３１】
次に、トンネルバリア層３０上に強磁性自由層４０を形成してから、強磁性自由層４０上に金属層５０を形成する。最後は、金属層５０上に第二反強磁性層６０を形成する。そして、これらの材料は、上記のような材料を選択することができるので、ここでは、説明を省略する。
【００３２】
特別に説明をするのは、製作工程において、第二反強磁性層６０の磁化容易軸方向は強磁性自由層４０の磁化容易軸方向と平行に配置させることと、第二反強磁性層６０上と金属層５０との接触界面のネットモーメント（ｎｅｔ  ｍｏｍｅｎｔ）は殆どゼロである。
【００３３】
次に、本発明の原理を説明する。一般的に言えば、強磁性自由層４０は一層以上の強磁性材料を選択して作成し、本発明は図２のように、第二反強磁性層６０の磁化容易軸方向は強磁性自由層４０の磁化容易軸方向と平行に配置させる。金属層５０の厚さは調整可で、層間の結合相互作用によって、強磁性自由層４０のエネルギー項目を一項目増加し、このエネルギー項目の形式は方程式（１）のようである（１）。
E=-Jsin2θ                        （１）
【００３４】
そこで、Ｊの値は常に０より大きい、θは強磁性自由層の磁性方向と容易軸方向との間の角度で、このエネルギー項目を導入することにより、強磁性自由層４０の磁化向量の反転時に必要な磁場を減少させことができる。即ち、データを書き込み時に必要な電流を降下させることができる。
【００３５】
本発明に開示した磁性セルで、テスト評価をすると、図３に示したように、強磁性自由層４０は、厚さ２．５ｎｍのＣｏＦｅを採用し、金属層５０はＲｕ、第二反強磁性層６０は厚さ１５ｎｍのＰｔＭｎを採用して、そして、厚さが異なる金属層５０で、テストをすると、その強磁性自由層の反転磁場は、金属層５０の厚さの変化と伴って、変化するテスト結果が得られた。
【００３６】
図３のテスト結果から、本発明の技術は、確かに反転磁場を降下させる効果がある。特に、同じ金属の厚さの条件下に、第二反強磁性層上と金属層との接触界面のネットモーメントは殆どゼロになった時に、反転磁場を降下させる効果が最も大きい。
【００３７】
上記の説明から、本発明に開示している反転磁場を降下させる磁気抵抗メモリは、強磁性自由層の反転磁場を降下させる利点があって、データを書き込み時に必要な電流を降下させることもできる。
【００３８】
上記の実施例では本発明を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。本発明の精神と範囲から離脱しない限り、当業者には、明白であるような変更の全ては、特許の請求範囲内に属する。本発明に関する、保護範囲は特許請求の範囲を参照するべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に示した一般的な磁気抵抗メモリの簡略断面図である。
【図２】本発明に示した磁気抵抗メモリの磁化容易軸方向の説明図である。
【図３】本発明に示した磁気抵抗メモリの反転磁場に関するテスト結果である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  ………………  第一反強磁性層
２０  ………………  固定層
３０  ………………  トンネルバリア層
４０  ………………  強磁性自由層
５０  ………………  金属層
６０  ………………  第二反強磁性層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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