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公開番号2025145669
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-03
出願番号2024045968
出願日2024-03-22
発明の名称磁気メモリデバイス
出願人キオクシア株式会社
代理人弁理士法人鈴榮特許綜合事務所
主分類H10B 61/00 20230101AFI20250926BHJP()
要約【課題】磁気的に安定した磁気メモリデバイスを提供する。
【解決手段】実施形態の磁気メモリデバイスは、基板と、第1配線と、第1絶縁体と、第2絶縁体と、第2配線と、第1磁気抵抗効果素子を備える。第1配線及び第1絶縁体は、基板に沿った第1方向に延び、第1方向と交差する第2方向に並ぶ。第2絶縁体は、第2方向に延び、第1配線及び第1絶縁体を貫く。第2配線は、第2絶縁体の周囲に設けられ、第2方向に延び、第1配線及び第1絶縁体を貫く。第1磁気抵抗効果素子は、第1配線と第2配線との間において、第2配線の周囲に円環状に設けられる。第1磁気抵抗効果素子は、第2配線と前記第1配線との間の第1強磁性体と、第1強磁性体と第1配線との間の第1非磁性体と、第1非磁性体と第1配線との間の第2強磁性体とを有する。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
基板と、
基板に沿った第１方向に延び、前記第１方向と交差する第２方向に並ぶ第１配線及び第１絶縁体と、
前記第２方向に延び、前記第１配線及び前記第１絶縁体を貫く第２絶縁体と、
前記第２絶縁体の周囲に設けられ、前記第２方向に延び、前記第１配線及び前記第１絶縁体を貫く第２配線と、
前記第１配線と前記第２配線との間において、前記第２配線の周囲に円環状に設けられた第１磁気抵抗効果素子と、
を備え、
前記第１磁気抵抗効果素子は、
前記第２配線と前記第１配線との間の第１強磁性体と、
前記第１強磁性体と前記第１配線との間の第１非磁性体と、
前記第１非磁性体と前記第１配線との間の第２強磁性体と、
を有する、
磁気メモリデバイス。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記第１配線と前記第１磁気抵抗効果素子との間に設けられ、前記第１磁気抵抗効果素子に直列接続される第１スイッチング素子と、
を更に備える、
請求項１に記載の磁気メモリデバイス。
【請求項３】
前記第１方向に延び、前記第２方向において交互に並び、前記第２配線及び前記第２絶縁体によって貫かれる複数の第３配線及び複数の第３絶縁体と、
前記複数の第３配線と前記第２配線との間において、前記第２配線の周囲に円環状に設けられた複数の第２磁気抵抗効果素子と、
を更に備え、
前記複数の第２磁気抵抗効果素子のそれぞれは、
前記第２配線と前記第３配線との間の第３強磁性体と、
前記第３強磁性体と前記第３配線との間の第２非磁性体と、
前記第２非磁性体と前記第３配線との間の第４強磁性体と、
を有する、
請求項１に記載の磁気メモリデバイス。
【請求項４】
前記第１磁気抵抗効果素子にデータを書き込む書込み動作において、
前記第１配線には、第１電圧が印加され、
前記第２配線の第１端には前記第１電圧よりも低い電圧である第２電圧が印加され、第２端には前記第２電圧よりも高い電圧である第３電圧が印加され、
前記第３電圧は、前記第２端から前記第１端に向けて第１電流を流す大きさを有する、
請求項１に記載の磁気メモリデバイス。
【請求項５】
前記第２電圧は、接地電圧である、
請求項４に記載の磁気メモリデバイス。
【請求項６】
前記第１強磁性体は、前記第２配線と接し、
前記第１非磁性体は、前記第１絶縁体と前記第１強磁性体との間に設けられ、前記第２配線と接する部分を更に有し、
前記第２強磁性体は、前記第２配線と接しない、
請求項１に記載の磁気メモリデバイス。
【請求項７】
前記第１強磁性体は、前記第２配線と接し、
前記第１非磁性体は、前記第１絶縁体と前記第１強磁性体との間に設けられ、前記第２配線と接する第１部分を更に有し、
前記第２強磁性体は、前記第１絶縁体と前記第１部分との間に設けられ、前記第２配線と接する第２部分を更に有する、
請求項１に記載の磁気メモリデバイス。
【請求項８】
前記第１磁気抵抗効果素子は、
第２強磁性体と前記第１配線との間の第３非磁性体と、を更に有し、
前記第１スイッチング素子は、
前記第１配線上の第１導電体と、
前記第１導電体上の可変抵抗材料と、
前記可変抵抗材料上の第２導電体と、
を更に備える、
請求項２に記載の磁気メモリデバイス。
【請求項９】
前記第１非磁性体は、ホウ素（Ｂ）、マグネシウム（Ｍｇ）、及びアルミニウム（Ａｌ）から選択される少なくとも１つの元素を含み、
前記第１強磁性体及び前記第２強磁性体は、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、及びニッケル（Ｎｉ）から選択される少なくとも１つの元素を含む、
請求項１に記載の磁気メモリデバイス。
【請求項１０】
前記第１非磁性体は、六方晶窒化ホウ素（ｈ－ＢＮ）又は六方晶窒化アルミニウム（ｈ－ＡｌＮ）を含む、
請求項１に記載の磁気メモリデバイス。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
実施形態は、磁気メモリデバイスに関する。
続きを表示（約 3,200 文字）【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗効果素子を記憶素子として用いた磁気メモリデバイスが知られている。磁気抵抗効果素子へデータを書き込む方式として、種々の手法が提案されている。例えば、スピン軌道トルク（Spin Orbit Torque）を用いた書き込み方式が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
X
米国特許出願公開第２０２１／０００５２３５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
磁気的に安定した磁気メモリデバイスを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の磁気メモリデバイスは、基板と、第１配線と、第１絶縁体と、第２絶縁体と、第２配線と、第１磁気抵抗効果素子を備える。第１配線及び第１絶縁体は、基板に沿った第１方向に延び、第１方向と交差する第２方向に並ぶ。第２絶縁体は、第２方向に延び、第１配線及び第１絶縁体を貫く。第２配線は、第２絶縁体の周囲に設けられ、第２方向に延び、第１配線及び第１絶縁体を貫く。第１磁気抵抗効果素子は、第１配線と第２配線との間において、第２配線の周囲に円環状に設けられる。第１磁気抵抗効果素子は、第２配線と前記第１配線との間の第１強磁性体と、第１強磁性体と第１配線との間の第１非磁性体と、第１非磁性体と第１配線との間の第２強磁性体とを有する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
図１は、第１実施形態に係る磁気メモリデバイス１の構成の一例であるブロック図を示す。
図２は、第１実施形態に係るメモリセルアレイ１０の回路構成の一例である回路図を示す。
図３は、第１実施形態に係る磁気メモリデバイス１のメモリセルアレイ１０における平面レイアウトの一例を示す。
図４は、第１実施形態に係る磁気メモリデバイス１の断面構造の一例である、図３のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図を示す。
図５は、第１実施形態に係る磁気メモリデバイス１の断面構造の一例である、図３のＶ－Ｖ線に沿った断面図を示す。
図６は、第１実施形態に係る磁気メモリデバイス１におけるメモリピラーＭＰの断面構造の一例である、図４の領域ＶＩの拡大図を示す。
図７は、第１実施形態に係る磁気メモリデバイス１のメモリセルの電圧と電流の特性の曲線の一例を示す。
図８は、第１実施形態に係る磁気メモリデバイス１におけるメモリピラーＭＰの断面構造の一例である、図３のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿った断面図を示す。
図９は、第１実施形態に係る磁気メモリデバイス１における書込み動作の第１例でメモリセルアレイに印加される電圧の一例を示す。
図１０は、第１実施形態に係る磁気メモリデバイス１における書込み動作の第１例でメモリセルアレイに印加される電流及び磁化方向の一例を示す。
図１１は、第１実施形態に係る磁気メモリデバイス１における書込み動作の第２例でメモリセルアレイに印加される電流及び磁化方向の一例を示す。
図１２は、第１実施形態に係る磁気メモリデバイス１における読出し動作でメモリセルアレイに印加される電圧の一例を示す。
図１３は、第１実施形態に係る磁気メモリデバイス１における読出し動作でメモリセルアレイに印加される電流の一例を示す。
図１４は、第１実施形態に係る磁気メモリデバイス１の製造方法の一例であるフローチャートを示す。
図１５は、第１実施形態に係る磁気メモリデバイス１の製造途中の断面構造の一例を示す。
図１６は、第１実施形態に係る磁気メモリデバイス１の製造途中の断面構造の一例を示す。
図１７は、第１実施形態に係る磁気メモリデバイス１の製造途中の断面構造の一例を示す。
図１８は、第１実施形態に係る磁気メモリデバイス１の製造途中の断面構造の一例を示す。
図１９は、第１実施形態に係る磁気メモリデバイス１の製造途中の断面構造の一例を示す。
図２０は、第１実施形態に係る磁気メモリデバイス１の製造途中の断面構造の一例を示す。
図２１は、第１実施形態に係る磁気メモリデバイス１の製造途中の断面構造の一例を示す。
図２２は、第１実施形態に係る磁気メモリデバイス１の製造途中の断面構造の一例を示す。
図２３は、第１実施形態に係る磁気メモリデバイス１の製造途中の断面構造の一例を示す。
図２４は、第１実施形態に係る磁気メモリデバイス１の製造途中の断面構造の一例を示す。
図２５は、第１実施形態に係る磁気メモリデバイス１の製造途中の断面構造の一例を示す。
図２６は、第１実施形態に係る磁気メモリデバイス１の製造途中の断面構造の一例を示す。
図２７は、第１実施形態に係る磁気メモリデバイス１の製造途中の断面構造の一例を示す。
図２８は、第１実施形態の変形例に係る磁気メモリデバイス１ｂにおけるメモリピラーＭＰｂの断面構造の一例を示す。
図２９は、第１実施形態の変形例に係る磁気メモリデバイス１ｂにおけるメモリピラーＭＰｂの断面構造の一例であり、図２８のＸＸＶＩＩＩＩ－ＸＸＶＩＩＩＩ線に沿った断面図を示す。
図３０は、第２実施形態に係る磁気メモリデバイス１ｃにおけるメモリピラーＭＰｃの断面構造の一例を示す。
図３１は、第２実施形態に係る磁気メモリデバイス１ｃの製造方法の一例であるフローチャート示す。
図３２は、第２実施形態に係る磁気メモリデバイス１ｃの製造途中の断面構造の一例を示す。
図３３は、第２実施形態に係る磁気メモリデバイス１ｃの製造途中の断面構造の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する構成要素については、共通する参照符号を付す。また、共通する参照符号を有する複数の構成要素を区別する場合、当該共通する参照符号に添え字を付して区別する。なお、複数の構成要素について特に区別を要さない場合、当該複数の構成要素には、共通する参照符号のみが付され、添え字は付さない。添え字は、下付き文字や上付き文字に限らず、例えば、参照符号の末尾に添加される小文字のアルファベット、記号、及び配列を意味するインデックス等を含む。
【０００８】
図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なり得る。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれ得る。
【０００９】
以下、ＸＹＺ直交座標系を用いて、実施形態を記述する。図の縦軸のプラス方向は上側、マイナス方向は下側と称される場合がある。図の横軸のプラス方向は右側、マイナス方向は左側と称される場合がある。すなわち、ＸＹ面を示す平面図（ＸＹ面図（以下、同様））において、上側は＋Ｙ方向を指し、下側は－Ｙ方向を指し、右側は＋Ｘ方向を指し、左側は－Ｘ方向を指す。
【００１０】
平面図には、図を見易くするためにハッチングが適宜付加されている。平面図に付加されたハッチングは、ハッチングが付加された構成要素の素材や特性とは必ずしも関連していない。断面図では、図を見易くするために絶縁体層、基板、配線、端子等の構成要素が適宜省略されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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