[发明专利]磁存储器

说明书

本发明目的在于，提供一种能够降低反转电流且能够提高集成度的磁存储器，具备：多个磁阻效应元件，其分别具备磁化方向被固定的第一铁磁性金属层、磁化方向变化的第二铁磁性金属层、以及被第一铁磁性金属层及第二铁磁性金属层夹持的非磁性层，并保持信息；多个第一控制元件，其控制信息的读入，在多个第一铁磁性金属层每一层连接有一个；多个自旋轨道转矩配线，其沿相对于磁阻效应元件的层叠方向交叉的第一方向延伸，在第二铁磁性金属层的每一层接合一个；多个第二控制元件，其控制流经自旋轨道转矩配线的电流，在自旋轨道转矩配线的每一个第一连接点连接一个；第三控制元件，其分别连接于多个自旋轨道转矩配线的第二连接点，控制信息的写入。

技术领域

本发明涉及磁存储器。

背景技术

已知有由铁磁性层和非磁性层的多层膜构成的巨磁阻(GMR)元件及非磁性层中使用了绝缘层(隧道势垒层、势垒层)的隧道磁阻(TMR)元件。一般而言，与GMR元件相比，TMR元件的元件电阻较高，但磁阻(MR)比比GMR元件大。因此，作为磁传感器、高频部件、磁头及非挥发性随机存取存储器(MRAM)用的元件，TMR元件备受关注。

当夹持绝缘层的两个铁磁性层彼此的磁化的朝向变化时，MRAM利用TMR元件的元件电阻变化的特性读写数据。作为MRAM的写入方式，已知有利用电流产生的磁场进行写入(磁化反转)的方式、或利用沿磁阻效应元件的层叠方向流通电流而产生的自旋转移转矩(STT)进行写入(磁化反转)的方式。

另外，近年来，MRAM要求高集成化(例如，参照专利文献1)。为了提高MRAM的集成度，需要使TMR元件小型化。但是，当使TMR元件小型化时，磁化的稳定性降低。磁化稳定性的降低成为热等的影响引起的数据改写的原因(例如，专利文献2)。MRAM以数据的长期保存为目的，不允许任意改写数据。

作为提高磁化的稳定性的方法，考虑增大铁磁性层体积的方法、提高铁磁性层的磁各向异性能量的方法。但是，磁各向异性能量是材料固有的，依赖于铁磁性层所使用的材料及铁磁性层与其它层的界面状态。为了实现数据的长期保存，要求将铁磁性层的体积设为规定的尺寸以上。因此，难以忽视这些限制来增大磁各向异性能量。此外，铁磁性层为薄膜，体积与面积为大致同值。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-207469号公报

专利文献2：日本特开2011-138604号公报

非专利文献

非专利文献1：I.M.Miron，K.Garello，G.Gaudin，P.-J.Zermatten，M.V.Costache，S.Auffret，S.Bandiera，B.Rodmacq，A.Schuhl，和P.Gambardella，Nature，476，189(2011)。

发明内容

发明所要解决的技术问题

自旋转移转矩(STT)的大小根据沿磁阻效应元件的层叠方向流动的电流的电流密度而决定。因此，为了通过STT进行磁化反转，要求电流密度为规定的值以上。另一方面，提高磁阻效应元件的热稳定性需要“规定的尺寸以上的面积”。因此，为了驱动通过STT进行磁化反转的元件，需要沿磁阻效应元件的层叠方向流通“规定的值以上的电流密度”乘以“规定的尺寸以上的面积”后得到的电流量的电流。

但是，当一个TMR元件或GMR元件中流通的电流量变多时，会对元件的寿命造成影响。例如，TMR元件的绝缘层产生绝缘破坏，元件不能记录数据。

另外，当一个TMR元件或GMR元件中流通的电流量变多时，作为MRAM整体需要的电流量变大。例如，在将元件并联连接的情况下，MRAM整体中需要“一个元件所需要的电流量”ד元件数”的总电流。