CN1320973A - 磁存储器元件、磁存储器及磁存储器的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的磁存储器在与至少层叠第一铁磁层、非磁性层、第二铁磁层的磁存储器元件的所述第二铁磁层的所述非磁性层侧不同的侧上经至少一个导电层设置第三铁磁层。这样,由于把磁存储器元件之间的距离作小来配置,与已有的磁存储器相比,可实现更高密度的磁存储器。另外,由于供给提供磁化信息的电流的第一导电层可靠近作为记录层的第二铁磁层来构成,即使是小电流也能产生使磁化反转的强大磁场,提供耗电量少的磁存储器。

Description

磁存储器元件、磁存储器及磁存储器的制造方法
本发明涉及使用磁致电阻效应进行记录信息的再现的磁存储器及磁存储器的制造方法，特别涉及即使是高密度也能使记录层磁化稳定的磁存储器元件、磁存储器及磁存储器的制造方法。
近年来，正考虑在各向异性磁致电阻效应(AMR)元件、巨磁致电阻效应(GMR)元件、磁隧道结(MTJ)元件的HDD用再现头及磁存储器中应用。磁存储器是与半导体存储器同样没有操作部的固体存储器，即使断电了，也不丢失信息，可无数次反复使用，即使入射放射线，记录内容也没有消失的危险性，与半导体存储器相比，有很多优点。
特别是，MTJ元件通过形成MTJ元件的二层强磁性层的磁化方向的改变，可使电阻率产生很大变化。期望应用使用这种MJT元件的存储器。
已有的MTJ元件的结构表示在例如特开平9-106514号公报(公开日为1997年4月22日)中。
如图33所示，MTJ元件50由反铁磁层51、铁磁层52、绝缘层53和铁磁层54层叠而成。
反铁磁层51由FeMn、NiMn、PtMn及IrMn等合金组成。铁磁层52和铁磁层54，由Fe、Co、Ni或它们的合金组成。此外，作为绝缘层53，考虑各种氧化物、氮化物等，在使用Al2O3膜的情况下，已知可得到最高的磁致电阻(MR)比。
此外，在除反铁磁层51之外的结构中，提出一种使用铁磁层52和铁磁层54的矫顽力差的MTJ元件。
把MTJ元件50用作磁存储器的情况的动作原理如图34所示。
铁磁层52和铁磁层54的磁化都是平面内磁化，为平行或反平行，具有有效的单轴磁各向异性。此外，铁磁层52的磁化通过与反铁磁层51的交换耦合实际被固定在一个方向上。此外，在单轴磁各向异性的范围内，在磁化方向自由变化的铁磁层54的磁化方向上保持记录。至于反平行，表示为铁磁层52和铁磁层54的磁化彼此平行、方向相反。
构成该存储器层的铁磁层54的磁化，根据对铁磁层52的磁化是平行还是反平行的方向，具有改变MTJ元件50整体的电阻值的性质。
因此，在再现时，检测该电阻值，把在MTJ元件50上记录的信息数据读出。
此外，在记录时，利用配置在MTJ元件50附近的电流导线所产生的磁场，通过改变铁磁层54的磁化方向，对MTJ元件50进行写入。
同时，由于上述结构的MTJ元件50中铁磁层52和铁磁层54的磁化是平面内方向的，在两端产生磁极。其结果，以这样的MTJ元件50形成存储器阵列时，MTJ元件50和与MTJ元件50相邻的其它MTJ元件之间产生静磁相互作用。这意味着每个MTJ元件的特性受到相邻的MTJ元件的状态的影响，难以使MTJ元件的间隔变窄来增大记录密度。
对于这样的问题，特开平11-161919号公报(公开日为1999年6月18日)中公开了降低端部磁极的影响的方法。
降低了端部磁极的影响的MTJ元件60的结构如图35所示。根据它，层叠与反铁磁层61耦合而将其磁化方向固定的铁磁层(固定层)62和对应于外部磁场自由旋转的铁磁层(自由层)64，以夹住绝缘层63。另外，铁磁层62是反铁磁性耦合的二层铁磁层71、73夹住非磁性金属层72的结构。同样，铁磁层64是反铁磁性耦合的二层铁磁层74、76夹住非磁性金属层75的结构。因此，可降低作为自由层的铁磁层64和作为固定层的铁磁层62双方的端部产生的磁极。
但是，上述已有的磁存储器具有下面的问题。
与反铁磁层不相邻的铁磁层(自由层)64是NiFe层/Ru层/NiFe层的结构，通过施加外部磁场而自由旋转。已有的例子中，把非磁性金属层(Ru层)75的层厚设定成二个铁磁层(NiFe层)74、76具有最大反铁磁耦合强度，并且二个铁磁层(NiFe层)74、76的层厚稍有不同。从外部施加磁场的情况下，作为自由层的铁磁层64使根据二个铁磁层(NiFe层)74、76的层厚之差产生的净磁化旋转。
但是，非磁性金属层(Ru层)75的层厚设定成二个铁磁层(NiFe层)74、76具有最大反铁磁耦合强度。因此，非磁性金属层(Ru层)75的层厚非常薄，为4埃到8埃。这种结构中，在产生针孔的情况下，相反，由于产生了强烈的磁耦合，难以稳定反铁磁耦合强度。此外，由于产生外部磁场带来的磁化反转，必须使二个铁磁层(NiFe层)74、76的层厚不同。即，如果二个层的表观磁化为0，难以产生磁化反转，有必要改变层厚产生磁化。但是，二个层的层厚不同时，不能使从外部看到的MTJ元件60的净磁化为0。从而，由于铁磁层端部产生的磁极对相邻的磁存储器元件产生不良影响，上述已有的磁存储器具有不能提供高密度的磁存储器的问题。
把MTJ元件60用作磁存储器元件的情况下，流过相邻的导线的电流产生磁化反转所需的磁场。但是，已有的例子中，对于降低耗电能的结构，未作任何记述。
另外，已有的磁存储器中，把MTJ元件60用于磁头时，把施加磁场和铁磁层(自由层)64的难磁化轴方向在配置成正交的状态下使用。但是，在磁存储器元件中使用时，通常，因磁存储器元件上交错的两根导线产生的磁场而使铁磁层(自由层)64的磁化旋转。从而，施加磁场变为相对于铁磁层(自由层)64的难磁化轴方向倾斜的方向。因此，难以考虑产生已有例子中记载的简单磁化旋转的磁化反转，难以把这种结构的元件用作磁存储器元件。
鉴于上述问题而作出本发明，其目的是提供一种即使磁存储器元件之间的距离变小在存储器层上记录的磁化也以稳定状态存在，并且耗电量小的磁存储器元件，以及配置这种磁存储器元件的磁存储器和磁存储器的制造方法。
为解决上述问题，本发明的磁存储器是至少层叠第一铁磁层、非磁性层和第二铁磁层的磁存储器元件，其特征在于在与所述第二铁磁层的所述非磁性层侧不同的一侧上至少经一个导电层设置第三铁磁层。
为解决上述问题，本发明的磁存储器是配置有在彼此平行的轴上具有单轴各向异性的平面内磁化的多个铁磁层和绝缘层、利用隧道效应进行磁化信息的再现的磁存储器元件，其特征在于上述多个铁磁层中，配备构成固定层的第一铁磁层和构成记录层的第二铁磁层，另外，设置在第二铁磁层和磁化方向自由反转的第三铁磁层之间供给电流的第一导电层，该第一导电层在与第一铁磁层的磁化方向垂直的方向上供给电流。
根据上述结构，磁存储器的磁化信息的记录通过流过第一导电层的电流向成为记录层的第二铁磁层施加磁场进行。对成为这种记录层的第二铁磁层提供的磁化因与对夹持第一导电层的在相对侧上形成的第三铁磁层提供的磁化方向相反而彼此抵消。即，对位于第一导电层的上下的第二、第三铁磁层根据右手法则施加相反方向的磁场，其结果两个铁磁层的磁化向着彼此相反的方向。这样，由于第二、第三铁磁层的磁化抵消，磁存储器元件的表观磁化变小，可降低对相邻的其它磁存储器的不良影响。
因此，由于可配置成磁存储器元件之间的距离变小，可实现比已有的磁存储器更高密度的磁存储器。还有，供给提供磁化信息的电流的第一导电层由于可做成与作为记录层的第二铁磁层接近的结构，即使是小电流也可使磁化反转，可产生强烈的磁场，提供耗电量少的磁存储器。
为解决上述问题，本发明的磁存储器的制造方法是一种制造包括至少层叠第一铁磁层、非磁性层和构成记录层的第二铁磁层的多个磁存储器元件的磁存储器的方法，其特征在于包括：在基板上从基板侧顺序连续形成至少所述第一铁磁层、所述非磁性层和所述第二铁磁层的层叠膜的步骤；把所述层叠膜加工成彼此分离的磁存储器元件的形状的步骤；形成绝缘层以填充基板上形成的多个所述磁存储器元件之间的空间的步骤；在所述多个磁存储器元件上和所述磁存储器元件之间的绝缘层上连续形成导电层和第三铁磁层的步骤；把所述第三铁磁层加工成与所述磁存储器元件大致相同形状后，加工所述导电层以仅在一个方向上与相邻的磁存储器元件相连的步骤。
为解决上述问题，本发明的磁存储器的制造方法是一种制造包括至少层叠第一铁磁层、非磁性层和构成记录层的第二铁磁层的多个磁存储器元件的磁存储器的方法，其特征在于包括：至少在基板上从基板侧顺序连续形成所述第一铁磁层、所述非磁性层和所述第二铁磁层的层叠膜的步骤；把所述层叠膜加工成彼此分离的磁存储器元件的形状的步骤；形成绝缘层以填充基板上形成的多个所述磁存储器元件之间的空间的步骤；在所述多个磁存储器元件上和所述磁存储器元件之间的绝缘层上连续形成第一导电层和绝缘层的步骤；把所述第一导电层加工成仅在一个方向上与相邻的磁存储器元件相连的步骤；形成绝缘层以填充所述加工成的第一导电层之间的空间的步骤；在所述加工成的第一导电层上和第一导电层之间的绝缘层上连续形成第二导电层和第三铁磁层的步骤；把所述第三铁磁层加工成与所述磁存储器元件大致相同形状后，加工所述第二导电层，以仅在与第一导电层正交的方向上与相邻的磁存储器元件相连的步骤。
为解决上述问题，本发明的磁存储器的制造方法是一种制造把多个铁磁层与绝缘层层叠来构成、配置记录磁化信息的存储部、根据隧道效应检测流过存储部的电流的电阻变化进行磁化信息的再现的磁存储器的方法，其特征在于包括：在基板上形成具有单轴各向异性的平面内磁化的第一铁磁层的步骤；形成在与上述第一铁磁层的磁化方向正交的方向上连接相邻的磁存储器元件而供给电流的第一导电层的步骤；形成绝缘层以覆盖上述第一导电层或填充各个所述磁存储器元件之间的步骤；形成构成检测上述电阻变化的下部电极的第三导电层的步骤；形成配置在与第一铁磁层的磁化平行的轴上具有单轴各向异性的平面内磁化的铁磁层和绝缘层的存储部的步骤；形成作为检测上述电阻变化的上部电极的、同时在与第一铁磁层的磁化方向平行的方向上与相邻的磁存储器元件连接而供给电流的第二导电层的步骤。
根据上述磁存储器的制造方法，由于可把构成磁存储器的每一个磁存储器元件的表观磁化做成比已有的磁存储器小，即使接近磁存储器元件配置的磁存储器，也能把记录层的磁化保持在稳定状态。这样，可实现比已有的磁存储器更高密度的磁存储器。
更具体地，对磁存储器的磁化信息的记录是把第一导电层和第二导电层上流过的电流产生的各个磁场的合成磁场提供给第三铁磁层和作为构成存储部的记录层的铁磁层来进行的。
第一导电层位于第三铁磁层和存储部之间。因此，通过右手法则在第一导电层上流过的电流对第三铁磁层和存储部提供彼此相反方向的磁场。第二导电层位于最上层，在与第一铁磁层的磁化方向平行的方向上流过电流。从而，从第二导电层提供的磁场垂直于第三铁磁层和存储部的磁化方向。
另外，第三铁磁层和存储部的铁磁层的平面内磁化具有彼此平行的单轴各向异性。因此，通过在第一导电层和第二导电层上流过的电流所产生的磁场，提供给第三铁磁层和存储部的铁磁层的合成磁场在单轴上变为相反方向，其结果第三铁磁层和存储部的铁磁层的磁化成为反平行。由于存储部的铁磁层上记录的磁化信息直到提供下次记录的磁化信息之前都被保持，磁存储器元件内变成与第三铁磁层彼此抵消的原来状态。借此，可把每一个磁存储器元件的表观磁化做成比已有的磁存储器元件小。
因此，即使把构成磁存储器的磁存储器元件之间的距离变小来细化图案，对相邻磁存储器元件提供不良影响的可能性变低，可提供更高密度的磁存储器。
本发明的其它目的、特征和优点根据下面所示的描述将更清楚。本发明的优点通过参考附图的下面的说明将变得更为清楚。
图1是表示本发明的磁存储器元件的一个实施例的结构图；
图2是表示使用图1的磁存储器元件的磁存储器的结构图；
图3(a)、图3(b)是表示图1的膜结构中在铁磁层上产生的磁场的平面图；
图4是表示本发明的磁存储器元件的另一个实施例的结构图；
图5(a)、图5(b)是表示图3的膜结构中在铁磁层上产生的磁场的平面图；
图6是表示本发明的磁存储器元件的又一个实施例的结构图；
图7(a)、图7(b)是表示图6的膜结构中在铁磁层上产生的磁场的平面图；
图8是表示本发明的磁存储器元件的又一个实施例的结构图；
图9是表示使用本实施例的MTJ元件的磁存储器的结构图；
图10是表示由本发明的磁存储器的制造方法的一个实施例制造的磁存储器元件的整体图；
图11是表示图10的磁存储器元件的具体结构的剖面图；
图12(a)、图12(b)是表示图11的磁存储器元件的铁磁层上产生的磁场的方向的平面图；
图13是排列图11的磁存储器元件的磁存储器的平面图；
图14是表示根据本发明制造的磁存储器元件的结构图；
图15(a)、图15(b)是表示图14的膜结构中在铁磁层上产生的磁场的平面图；
图16(a)、图16(b)是表示本发明的磁存储器元件的制造过程的说明图；
图17(a)、图17(b)是表示本发明的磁存储器元件的制造过程的说明图；
图18(a)、图18(b)是表示本发明的磁存储器元件的制造过程的说明图；
图19是表示本发明的磁存储器元件的制造过程的说明图；
图20是表示根据本发明制造的另一个磁存储器元件的结构图；
图21(a)、图21(b)是表示本发明的磁存储器元件的制造过程的说明图；
图22是表示根据本发明制造的磁存储器元件的结构图；
图23(a)、图23(b)是表示图22的膜结构中在铁磁层上产生的磁场的平面图；
图24(a)、图24(b)是表示本发明的磁存储器元件的制造过程的说明图；
图25(a)、图25(b)是表示本发明的磁存储器元件的制造过程的说明图；
图26(a)、图26(b)是表示本发明的磁存储器元件的制造过程的说明图；
图27(a)、图27(b)是表示本发明的磁存储器元件的制造过程的说明图；
图28(a)、图28(b)是表示图11的磁存储器元件的制造方法的制造过程的说明图；
图29(a)、图29(b)是表示图11的磁存储器元件的制造方法的制造过程的说明图；
图30(a)、图30(b)是表示图11的磁存储器元件的制造方法的制造过程的说明图；
图31(a)、图31(b)是表示图11的磁存储器元件的制造方法的制造过程的说明图；
图32是表示图11的磁存储器元件的制造方法的制造过程的说明图；
图33是表示已有的MTJ元件的结构剖面图；
图34是表示上述已有的MTJ元件的动作原理剖面图；
图35是表示已有的其它MTJ元件的结构剖面图。
[实施例1]
如果使用图1到图9说明与本发明的磁存储器相关的一个实施例，则为如下所述。
如图2所示，磁存储器元件1a是以下面顺序层叠导电层(第二导电层)18、绝缘层24、导电层(第三导电层：下部电极)19、存储部30、导电层(第一导电层)15和铁磁层(第三铁磁层)16而构成的MTJ元件。
如图1所示，本实施例的磁存储器元件1a是MTJ元件，配备有导电层28、绝缘层27、反铁磁层11、铁磁层(第一铁磁层：固定层)12、绝缘层(非磁性层)13、铁磁层(第二铁磁层：记录层)14、导电层15和铁磁层(第三铁磁层)16。
在磁存储器元件1a中，铁磁层(固定层)12还由铁磁层20、金属层21、铁磁层22三层层叠膜构成。选择金属层21的膜厚以使铁磁层20和铁磁层22反铁磁耦合，选择成铁磁层20和铁磁层22具有基本相等的磁化。铁磁层12也可以由单层铁磁体构成，但是，通过上述这样的层叠结构，实质上可把表观磁化做成零。
铁磁层14和铁磁层16在与铁磁层12的磁化方向平行的轴上提供单轴各向异性，反铁磁层11和铁磁层19交换耦合。
在磁存储器元件1a中，把构成铁磁层12的铁磁层22和铁磁层14的磁化的方向做成彼此平行或反平行两种状态。根据该铁磁层14和铁磁层22的磁化的方向是平行或反平行中的哪种状态，改变在层叠方向上流过磁存储器元件1a的电流值。本实施例的磁存储器是通过检测出此时的电阻变化检测在记录层上记录的磁化方向进行再现的磁存储器。
导电层15兼用作检测位线和电阻变化的电极，隔开配线规则确定的间隔而连接到相邻的其它磁存储器元件。导电层28是字线。
这里，如图1所示，导电层15上流过与铁磁层12的磁化方向垂直的电流，且沿着层叠面在导电层28上流过与铁磁层12的磁化方向平行的电流。此时，如图3(a)、图3(b)所示，对铁磁层14和铁磁层16的位置施加导电层15上流过的电流产生的磁场HB和导电层28上流过的电流产生的磁场HW的合成磁场。如图3(a)、图3(b)所示，铁磁层14和铁磁层16的位置上由于合成磁场的方向不同，在与铁磁层12的磁化方向平行的轴上提供单轴各向异性的铁磁层14和铁磁层16被彼此反向地磁化。因此，铁磁层14的磁化由铁磁层16的两端产生的磁极所造成的磁场来稳定。另外，如本实施例的磁存储器，通过使铁磁层14和铁磁层16的磁矩大小相等，没有了对外的表观磁化，可防止对相邻的其它磁存储器元件产生影响。
磁存储器元件1a构成铁磁层14和铁磁层16直接连接导电层15的结构，而通过这样的把导电层15与铁磁层14和铁磁层16接近的结构，即使是小电流，也能对铁磁层14和铁磁层16提供大磁场强度，可实现磁存储器元件的低耗电量。
注意，本实施例虽然是铁磁层14和铁磁层16的磁矩大小相等的磁存储器，但是并不限制于此。即使铁磁层14和铁磁层16的磁矩大小不同，由于在彼此抵消的方向上运动，与已有的没有配备铁磁层16的磁存储器相比，也具有可把表观磁化变小的效果。但是，如本实施例，铁磁层14和铁磁层16具有相同大小的磁矩，可把磁存储器的表观磁化做成零，由于确实可防止对相邻的其它磁存储器元件产生影响，最好做成相同大小的磁矩。
接着，把本实施例的磁存储器元件1a用于可随机存取的磁存储器的情况的简图如图9所示。
晶体管51在再现记录的磁化信息时，分配选择再现的磁存储器元件1a。根据图1所示的磁存储器元件1a的铁磁层14的磁化方向记录0、1的信息，把铁磁层12的磁化方向固定。之后，该磁存储器元件1a利用在铁磁层12(铁磁层22)与铁磁层14的磁化方向平行时降低电阻值、反平行时增高电阻值的磁致电阻效应再现记录的磁化信息。
另一方面，向磁存储器的记录通过根据图9所示的位线52和写入用的字线(图中未示出)形成的合成磁场对应于记录信息变化铁磁层14和铁磁层16的磁化方向来实现。序号54表示的部件是主板线(plate line)。
作为构成本实施例的磁存储器的磁存储器元件1a的变形例，如图4所示，从构成记录层的第二铁磁层14看，在与反铁磁层11相对的一侧，即使是在最上层设置导电层18的磁存储器元件1b这样的结构，可得到与本实施例的磁存储器相同的效果。
由在导电层15和导电层18上流过的两个电流在铁磁层14和铁磁层16的位置处产生的磁场如图5所示是反向的。因此，与图1所示的磁存储器元件1a的情况相同，铁磁层14的磁化由铁磁层16的两端产生的磁极造成的磁场稳定。
这里，在下面说明构成上述磁存储器的各个层叠材料。
作为反铁磁层11的材料可使用FeMn、NiMn、PtMn、IrMn等合金。
作为铁磁层12、14、16的材料，使用Fe、Co、Ni或它们的合金。
铁磁层12、14、16的膜厚希望在10埃以上。膜厚变薄时，因热能的影响产生超顺磁性。因此，希望磁性层膜厚在10埃以上。
作为绝缘层13，从MR比这一点看最好是Al2O3，但是不要用其它的氧化膜、氮化膜等的绝缘膜，或Si膜、金刚石膜、类金刚石(DLC)膜等的绝缘膜。
绝缘层13的膜厚最好在3埃以上30埃以下。这是因为在绝缘层13的膜厚小于3埃的情况下，铁磁层12和铁磁层14有可能电短路，而绝缘层13的膜厚大于30埃的情况下，难以引起电子隧道、磁致电阻比变小。
接着，本实施例的磁存储器的另外的变形例如图6所示。
与磁存储器元件1a同样，是MTJ元件，包括反铁磁层11、铁磁层12、绝缘层13、铁磁层14、导电层15、绝缘层37、导电层38和铁磁层16。铁磁层14、16在与铁磁层12的磁化方向平行的轴上提供单轴各向异性。与磁存储器元件1a同样，铁磁层12是层叠膜，交换耦合反铁磁层11和铁磁层20。各层的材料和膜厚可采用成与磁存储器元件1a相同。
磁存储器元件1c成为导电层15上与铁磁层12的磁化方向垂直地流过电流、在导电层38上与铁磁层12的磁化方向平行地流过电流的结构。如图7(a)、图7(b)所示，对铁磁层14和铁磁层16的位置施加导电层15和导电层38上流过的电流产生的磁场HB和磁场HW的合成磁场。
根据这种结构，对铁磁层14和铁磁层16提供的合成磁场变为大致反平行。其结果，在记录时直到磁化反转之前的过程中的每个铁磁层上产生的磁极作用于彼此促进磁化反转的方向上。因此，与磁存储器元件1a相比，又可降低了记录电流。
接着本实施例的磁存储器的另外的变形例如图8所示。
磁存储器元件1d与磁存储器元件1a同样，是MTJ元件，配备有反铁磁层11、铁磁层12、绝缘层13、铁磁层14、导电层15、铁磁层16、绝缘层47、导电层48和铁磁层49。铁磁层14、16在与铁磁层12的磁化方向平行的轴上提供单轴各向异性。与磁存储器元件1a同样，铁磁层12是层叠膜，交换耦合反铁磁层11和铁磁层20。各层的材料和膜厚可采用成与磁存储器元件1a相同。
磁存储器元件1d成为导电层15上与铁磁层12的磁化方向垂直地流过电流、在导电层38上与铁磁层12的磁化方向平行地流过电流的结构。
对铁磁层14和铁磁层16施加的磁场的方向与磁存储器元件1a～1c相同。
磁存储器元件1d中，和导电层48的反铁磁层11面对的侧的相反侧上设置具有高磁导率的铁磁层49。记录时，电流在导电层48上流过产生磁场，由于铁磁层49具有高磁导率，导电层48的铁磁层49一侧的磁场集中在铁磁层49中。其结果，导电层48的面对铁磁层49一侧的相反侧的磁场变大，即使流过相同电流，与没有铁磁层49的情况相比，也增加构成记录层的铁磁层14和铁磁层16位置处的磁场强度。因此，与没有铁磁层49的情况相比，可降低磁存储器的耗电量。对于铁磁层49，可使用NiFe合金、CoZrNb系非晶合金、FeAlSi系合金等的高磁导率合金。
上述磁存储器元件1d中，表示出在反铁磁层11一侧上配置导电层48的情况，但是，即使是在铁磁层16的一侧上经绝缘层配置导电层48的结构，也可得到同样的效果。
以上的本实施例的磁存储器元件可稳定构成记录层的铁磁层14的磁化，并且由于可使磁存储器元件的表观磁化比已有技术小，可降低相邻的磁存储器元件相互的影响。这样，即使把图案细化也能保持稳定的磁化状态。从而，可实现更高集成度的磁存储器。
另外，本实施例的磁存储器通过把供给产生磁场的电流的导电层15靠近构成记录层的铁磁层14、在铁磁层14上集中导电层48的磁场可比已有技术降低磁存储器的耗电量。
本实施例中，说明的是铁磁层12的磁化通过与反铁磁层11的交换耦合而被固定的例子，但是，作为构成固定层的铁磁层，通过采用可使用矫顽力大的硬磁材料等的其它方式，可做成没有反铁磁层11的结构。
可以由例如补偿点附近的稀土类-过渡金属合金膜这样的铁磁性材料构成铁磁层12，因为可降低铁磁体的端部的磁极影响。
本实施例的各个层叠材料的层叠顺序不是问题，上述的磁存储器元件可以以相反顺序层叠来构成。
另外，最好把铁磁层16的矫顽力设置得比铁磁层14的矫顽力小，因为记录时可得到首先反转铁磁层16的磁化的效果。这样，铁磁层16的两端产生的磁极产生促进铁磁层14的磁化方向反转的方向的磁场，还有可降低记录时所需的电流。
上述实施例仅表示出磁存储器元件部分，但是实际的元件形成中，显然电流流出侧的电极、基板、保护层及密封层都是必要的。
上述实施例中以MTJ元件为例说明，但是，如果作为磁存储器元件部分的反铁磁层11、铁磁层12、绝缘层(非磁性层)13、铁磁层14的层叠部分与导电层绝缘，也可能使用GMR元件。
[实施例2]
如果使用图10到图13说明与本发明的磁存储器相关的另一个实施例，则为如下所述。
为说明简便，对与前述实施例1中说明的图中有相同的功能的部件，附加相同的符号，省略了对它们的说明。
如图10所示，磁存储器元件1e是以下面顺序层叠铁磁层(第三铁磁层)16、导电层(第一导电层)15、绝缘层24、导电层(第三导电层：下部电极)19、存储部30和导电层(第二导电层)18而构成的MTJ元件。
本实施例的磁存储器元件是利用已有的磁存储器中采用的隧道效应再现记录的磁化信息的磁存储器。记录磁化信息的存储部30的结构如下所述与已有的磁存储器具有基本相同的结构。特别是，本实施例的磁存储器具有特征：记录时使用的导电层15和导电层18以及再现时使用的导电层19和导电层18作为构成磁存储器元件1e的构成要素，与其它铁磁层一起被层叠。
铁磁层16具有单轴各向异性的平面内磁化，与后述的铁磁层14和铁磁层12具有的单轴各向异性的平面内磁化彼此平行。
导电层15是在与铁磁层16的平面内磁化方向垂直的方向上流过电流的导电层。
导电层19是与选择进行记录再现的磁存储器元件1e的晶体管的漏电极连接、检测出在其与后述的导电层18之间的存储部30上流过的电流电阻变化来读出磁存储器元件1e上记录的磁化信息的下部电极。
存储部30由包括构成写入记录的磁化信息的记录层的铁磁层14的多个铁磁层与绝缘层构成，如图11所示，以铁磁层(第二铁磁层：自由层)14、绝缘层13、铁磁层(第一铁磁层：固定层)12和反铁磁层11这样的顺序层叠来形成。
铁磁层12是具有基本相等的磁化的铁磁层20和铁磁层22夹住金属层21的三层结构。金属层21的层厚由于设定成铁磁层20和铁磁层22反铁磁耦合而使得铁磁层12的表观磁化变为0。铁磁层12由于与相邻的反铁磁层11交换耦合，铁磁层12的铁磁层22的磁化被固定在一个方向上。另外，由于铁磁层20和铁磁层22反铁磁耦合，结果铁磁层20的磁化方向被固定在与铁磁层22相反的方向上。
导电层18隔开根据配线规则确定的间隔，连接于相邻的其它磁存储器元件。导电层18兼用作后面所述检测根据作为记录层的铁磁层14的磁化方向而改变的电阻值的上部电极和字线。
这里，如下所述说明本实施例的磁存储器元件的记录再现方法。
对磁存储器元件1e的记录通过对正交配置的导电层15和导电层18分别供给电流来进行。导电层15与铁磁层16的磁化方向垂直、与对铁磁层16的磁化方向平行地来分别供给电流。此时，如图12所示，作为记录层的铁磁层14上被施加导电层15上流过的电流产生的磁场HW和导电层18上流过的电流产生的磁场HB的合成磁场。通过这个施加的合成磁场写入应记录的磁化信息。
另一方面，再现时，检测作为上部磁极的导电层18和作为下部磁极的导电层19之间的电阻值。该电阻值根据固定的铁磁层20的磁化方向与记录层的铁磁层14的磁化方向是平行或反平行中的哪种状态来变化。即，如果铁磁层14上记录的磁化方向与固定的铁磁层20的磁化方向相同，经隧道效应通过绝缘层13的电子数目变多，电阻变小。相反，如果铁磁层14上记录的磁化方向与固定的铁磁层20的磁化方向相反，经隧道效应通过绝缘层13的电子数目变少，电阻变大。如上所述，再现时，对导电层18和导电层19加电压，从流过存储部30的电流检测电阻变化，通过作为信号得到存储部30上记录的磁化信息进行记录信息的再现。
尤其，本实施例的磁存储器中，记录时供给提供磁化信息的电流的导电层15在作为记录层的铁磁层14和作为自由层的铁磁层16之间形成。因此，导电层15根据右手法则提供与位于导电层15的上面的铁磁层14和位于下面的铁磁层16相反方向的磁化。另外，对铁磁层14和铁磁层16提供同样大小的磁矩。借此，与铁磁层14上记录的磁化信息相同大小的反向磁化被提供给铁磁层16。这样，磁存储器元件1e的表观磁化变为0。
通过以上所述，本实施例的磁存储器中，即使把各个磁存储器元件之间的距离作小而细化图案，也不对相邻的磁存储器元件的磁化保持在记录层上的磁化产生影响。从而，即使记录密度变高，也可实现记录层的磁化稳定的磁存储器。另外，本实施例的磁存储器中，不必要象已有技术那样有磁头，仅通过本实施例的磁存储器就能进行记录再现。
本实施例的磁存储器中，说明的是在铁磁层14和铁磁层16上提供相同大小的磁矩的例子。但是，并不限制于此，如果是与上述同样结构的磁存储器，由于在铁磁层14和铁磁层16上提供彼此抵消的方向的磁化，可把磁存储器元件1e的表观磁化做得比已有技术小。因此，可实现上述高密度的磁存储器。但是，如本实施例的磁存储器，更好是铁磁层14和铁磁层16具有相同大小的磁矩，磁存储器元件1e的表观磁化变为0，可完全防止对相邻的其它磁存储器元件产生不良影响。
如图13所示，各个磁存储器元件1e分别形成在导电层15和导电层18的交错部上。磁化反转上述铁磁层14和铁磁层16所需的磁场比流过上述导电层15或导电层18的电流产生的各个磁场HW、HB大，比HW、HB的合成磁场小。这样，记录磁化信息时即使对导电层15和导电层18供给电流，不对相邻的其它磁存储器元件产生影响，可仅磁化反转位于上述交错部的磁存储器元件1e。
磁存储器元件1e上进行记录时，如上所述，通过根据记录的磁化信息改变提供给导电层15的电流的方向而改变存储部30中记录的磁场的方向。由于导电层15与使之磁化反转的存储部30靠近设置，即使是小电流，也可提供使存储部30的磁化反转的强大磁场。从而，采用本实施例的磁存储器的结构可提供耗电量少的磁存储器。
[实施例3]
如果使用图14到图21(a)、21(b)说明与本发明的磁存储器的制造方法相关的一个实施例，则为如下所述。
为说明简便，对与前述实施例1和2中说明的图相同的功能的部件，附加相同的符号，省略了对它们的说明。
如图14所示，本实施例的磁存储器元件1f使用MTJ元件，配备有导电层18、绝缘层17、导电层19、反铁磁层11、铁磁层12(固定层)、绝缘层13、铁磁层(自由层)14、导电层15和铁磁层16。
接着，使用图16(a)、16(b)～21(a)、21(b)说明图14所示的磁存储器的第一制造方法。为简便起见，图中表示出一个磁存储器元件1f的剖面图。
如图15(a)、15(b)所示，在铁磁层14、铁磁层16上提供导电层15产生的磁场HB、导电层18产生的磁场HW，其合成磁化彼此方向相反而抵消。
通常，形成构成磁存储器的磁存储器元件1f的基板在形成选择磁存储器元件1f的晶体管的半导体基板上形成绝缘层后被平坦化。如图14所示，字线(导电层18)可配置在绝缘层17的一侧上，也可配置在铁磁层16的一侧上。
第一步骤中，连续形成导电层(下部电极)19、反铁磁层11、铁磁层12(固定层)、绝缘层(非磁性层)13、铁磁层14(自由层)(图16(a))。
铁磁层12在本实施例中由夹住金属层的反铁磁耦合的两个铁磁层构成，但是，也可以是除反铁磁层外的仅一个铁磁层。无论哪种情况，可使用本实施例的制造方法制造得到同样效果的磁存储器。
各个层叠的膜的形成可使用溅射法、蒸汽沉积等一般成膜法。
第二步骤中，把第一步骤中层叠的层叠膜加工成下部电极的形状。作为加工方法，首先使用光刻形成抗蚀剂图案，使用离子束蚀刻等加工成所希望的形状(图中未示出)。下面的步骤中同样可把同样的加工方法使用于元件的形状加工中。
第三步骤中，加工导电层19以外的部分以独立开各个磁存储器元件(图16(b))。之后，导电层19被加工成连接于相邻的磁存储器元件方向。到目前的步骤，隔开根据配线规则确定的间隔而形成独立的磁存储器元件。
第四步骤中，不剥离第三步骤中用作蚀刻掩膜的抗蚀剂23而形成绝缘层24，以填充独立的磁存储器元件之间的空间部分(图17(a))。对于绝缘层24可使用SiO2、Al2O3等。这样，通过不除去抗蚀剂23而堆积绝缘层24，可通过剥离(lift off)除去磁存储器元件上堆积的绝缘层24(图17(b))。因此，不需要除去平坦化的磁存储器元件上的绝缘层24的步骤。
第五步骤中，连续形成第二导电层15和第三导电层16(图18(b))。
第六步骤中，把第三导电层16加工成与第三步骤中形成的磁存储器元件大致相同的形状(图18(b))。
第七步骤中，加工第二导电层15，以使得仅在与铁磁层12的磁化方向垂直的方向上连接(图19)。这样通过最后进行第二导电层15的加工，可避开蚀刻绝缘层24。
通过以上的制造方法，可得到适合于图14所示的高密度的磁存储器元件和磁存储器。
本实施例中，就制造成把构成字线的导电层18配置在导电层19的一侧(基板侧)的例子来说明的，但是，并不限制于此，即使是在铁磁层16的一侧上配置的样子的制造方法，可得到与根据本实施例的制造方法得到的磁存储器同样的效果。
另外，如图20所示，也可制造与构成字线的导电层18的绝缘层17面对的侧的相反侧上连接具有高导磁率的铁磁层31的结构的磁存储器。这种磁存储器在记录时电流流向导电层18产生磁场，但由于因铁磁层31具有高导磁率，导电层18的铁磁层31侧的磁场被集中在铁磁层31中。结果与导电层18的铁磁层31相反的侧的磁场变大，即使流过相同的电流，与没有铁磁层31的情况相比，也增加构成记录层的铁磁层14和铁磁层16的位置处的磁场强度。因此，与没有铁磁层31的情况相比，可降低磁存储器的耗电量。
对于铁磁层31，可使用NiFe合金、CoZrNb系非晶合金、FeAlSi系合金等的高磁导率合金。由于最好把铁磁层31加工成与导电层18相同的形状，其后的步骤可使用与第一实施例所示的方法完全相同的方法。
如上所述，本实施例制造的磁存储器适合于图20所示的高密度并且可做成低耗电量的磁存储器。
本实施例的磁存储器的制造方法如图21(a)、21(b)所示，在第四步骤中，可形成绝缘层24，以除去抗蚀剂后填充独立的磁存储器元件之间的空间部分(图21(a))。
另外，第五步骤中，可使用CMP等的机械加工除去磁存储器元件上的绝缘层24来平坦化(图21(b))。
或者，可以形成绝缘层后还以抗蚀剂平坦化产生的凹凸不平，通过整体蚀刻除去磁存储器元件上的绝缘层。这以后的步骤与上述相同进行，可得到适合于图14所示的高密度的磁存储器。
这些中任何一种情况下，使用本发明的制造方法可做成磁存储器元件和磁存储器。
上述实施例仅表示出磁存储器元件部分，实际的元件形成中，显然基板、保护层和密封层等都是必要的。
另外，上述的实施例中，以MTJ元件为例来说明，但是如果绝缘作为存储器元件部分的反铁磁层11、铁磁层12、绝缘层(非磁性层)13、铁磁层14的层叠部分和导电层，可使用GMR元件。
通过上述，根据本发明的磁存储器元件的制造方法，得到可稳定记录层的磁化并且可降低相邻的磁存储器元件之间的影响的磁存储器元件。因此，即使细化图案，可保持稳定的磁化状态，可实现更高密集度的磁存储器。
根据本发明的磁存储器元件的制造方法，可做成导电层靠近存储器层的结构，通过把导电层产生的磁场集中在记录层中可提供耗电量少的磁存储器。
[实施例4]
使用图22到图27(a)、21(b)说明与本发明的磁存储器的制造方法相关的另一个实施例。
为说明简便，对与前述实施例1中说明的图相同的功能的部件，附加相同的符号，省略了对它们的说明。
如图22所示，本实施例的磁存储器元件1g使用MTJ元件，配备有导电层19、反铁磁层11、铁磁层12(固定层)、绝缘层13、铁磁层(自由层)14、导电层(位线)15、绝缘层17、导电层(字线)18和铁磁层16。
本实施例的磁存储器的制造方法制造的磁存储器与上述实施例3的磁存储器不同之处在于导电层18的层叠位置形成在铁磁层14与铁磁层16之间这一点，其它结构与实施例的磁存储器相同。
本实施例的磁存储器的制造方法得到的磁存储器把导电层15或导电层18靠近铁磁层14与铁磁层16设置。这种结构即使在导电层15或导电层18中流动的电流是小电流，可得到用于在作为记录层的铁磁层14上记录磁化信息的强大的磁场强度，可实现磁存储器的低耗电量。
如图23(a)、23(b)所示，在铁磁层14、铁磁层16上提供导电层15产生的磁场HB、导电层18产生的磁场HW，其合成磁化彼此方向相反而抵消。这样与不设置铁磁层16的情况相比，能减小磁存储元件1g的表观磁化，即使是高密度的磁存储器，可防止相邻的磁存储器元件之间互相产生不良影响。
由于两个导电层15和导电层18对铁磁层14和铁磁层16提供的磁场方向大致是反平行关系，直到记录时磁化反转的过程中的各个铁磁层产生的磁场作用于相互促进各个磁化反转的方向上。因此，与这两个导电层15和导电层18不位于铁磁层14和铁磁层16之间的结构的磁存储器相比，可降低记录电流、节省电力。
接着，使用图24(a)、24(b)～26(a)、26(b)说明图22所示的磁存储器的制造方法。为简便起见，图中表示出一个磁存储器元件的剖面图。
通常，形成磁存储器元件的基板在形成选择进行再现或记录的磁存储器元件的晶体管的半导体基板上形成绝缘层后被平坦化(图中未示出)。
从第一步骤到第四步骤与上述实施例3相同。
第五步骤中，连续形成导电层15和绝缘层17(图24(a))。
第六步骤中，在导电层15和绝缘层17上形成抗蚀剂，加工导电层15和绝缘层17，以在与铁磁层12的磁化方向垂直的方向上连接相邻的磁存储器元件(图24(b))。
第七步骤中，不剥离第六步骤中用作蚀刻掩膜的抗蚀剂25而形成绝缘层24’，以填充形成的配线之间的空间(图25(a))。这样不除去抗蚀剂25而堆积绝缘层24’，可通过剥离除去磁存储器元件上堆积的绝缘层24’。
第八步骤中，连续形成导电层18和铁磁层16(图25(b))。
第九步骤中，把铁磁层16加工成与第三步骤形成的磁存储器元件大致相同的形状(图26(a))。
第十步骤中，加工导电层18，以仅在与铁磁层12的磁化方向平行的方向上连接相邻的磁存储器元件(图26(b))。这样通过最后进行导电层18的加工，可避开蚀刻绝缘层24。
通过以上的制造方法，可得到适合于图22所示的高密度的磁存储器元件和磁存储器。
接着使用图27(a)、(b)说明图22所示的磁存储器的其它方法。
该制造方法中，直到加工成磁存储器元件独立开的第三步骤之前都与第一实施例的制造方法相同。
第四步骤中，形成绝缘层24，以除去抗蚀剂后填充在独立的磁存储器元件之间的空间部分中。
第五步骤中，可使用CMP等的机械加工除去绝缘层24来平坦化(图27(b))。或者，可以形成绝缘层后还以抗蚀剂平坦化产生的凹凸不平，通过整体蚀刻除去磁存储器元件上的绝缘层。
这以后的步骤与本实施例的上述的磁存储器的制造方法相同地进行，可得到适合于图22所示的高密度的磁存储器。
这种制造方法中，连续形成导电层15和绝缘层17可在仅形成导电层15且进行加工和平坦化后连续形成绝缘层17、导电层18以及铁磁层16。
作为磁存储器元件的结构，铁磁层(固定层)12的磁化通过与反铁磁层11的交换耦合而被固定，但是，作为固定层的铁磁层12可采用矫顽力大的硬磁材料等的其它方式。可以由例如补偿点附近的稀土类-过渡金属合金膜这样的铁磁性材料构成铁磁层12，降低端部的磁极影响。
此外，最好把铁磁层16的矫顽力设置得比铁磁层14的矫顽力小，在记录时可使铁磁层16的磁化首先反转。这样，铁磁层16的两端产生的磁极由于产生促进作为记录层的铁磁层14的磁化方向反转的方向的磁场，容易引起磁化反转，即使导电层上流过电流是小电流，可产生记录所需的磁场。因此，结果是可实现磁存储器的小的耗电量。
这些中任何一种情况下，使用本发明的制造方法可做成磁存储器元件和磁存储器。
上述实施例仅表示出磁存储器元件部分，实际的元件形成中，显然基板、保护层和密封层等都是必要的。
另外，上述的实施例中，以MTJ元件为例来说明，但是如果绝缘作为存储器元件部分的反铁磁层11、铁磁层12、绝缘层(非磁性层)13、铁磁层14的层叠部分和导电层，可使用GMR元件。
通过上述，根据本发明的磁存储器元件的制造方法，得到可稳定记录层的磁化、把磁存储器元件的表观磁化变小并且可降低来自相邻的磁存储器元件的影响的磁存储器元件。因此，即使细化图案，可保持稳定的磁化状态，可实现更高密集度的磁存储器。通过把对记录层提供磁化信息的导电层靠近构成记录层的铁磁层或容易进行记录层的磁化旋转，可提供耗电量少的磁存储器。
[实施例5]
如果使用图28(a)、28(b)到图32说明与本发明的实施例2说明的磁存储器的制造方法相关的一个实施例，则为如下所述。
为说明简便，对与前述实施例1～4中说明的图相同的功能的部件，附加相同的符号，省略了对它们的说明。
通常，形成磁存储器元件1e的基板在形成选择进行记录再现的磁存储器元件的晶体管的半导体基板上形成绝缘层后被平坦化。在这个绝缘层上形成磁存储器元件1e的步骤如下所示。
第一步骤中，使用溅射法在上述绝缘层的整个面上形成具有单轴各向异性的平面内磁化的铁磁层。
第二步骤中，如图28(a)所示，使用光刻形成抗蚀剂图案，通过离子束蚀刻等把上述铁磁层加工成所希望的形状。通过这一步骤形成独立的磁存储器元件形状的铁磁体，做成铁磁层16。
第三步骤中，如图28(b)所示，在形成铁磁层16的基板整个面上形成导电层15’。
第四步骤中，在导电层15’上形成抗蚀剂图案，如图29(a)所示，加工导电层15’，以使得在与铁磁层16的磁化方向垂直的方向上经导电层15’与磁存储器元件相邻，做成导电层15。
第五步骤中，如图29(b)所示，形成绝缘层24以覆盖导电层15或填充相邻的磁存储器元件之间的空间部分。
第六步骤中，如图30(a)所示，残存一定膜厚的平坦化导电层15上的绝缘层24后，从基板侧依次连续形成导电层19、铁磁层14、绝缘层13、铁磁层12和反铁磁层11的层叠膜。但是，形成导电层19之前，有必要分别形成电连接晶体管的漏电极与导电层19的导电层。这样，把铁磁层16、导电层15形成为希望的图案来使用。
第七步骤中，如图30(b)所示，反铁磁层11上形成抗蚀剂图案后，加工成与铁磁层16大致相同的形状，形成分离的多个磁存储器元件。
第八步骤中，如图31(a)所示，导电层(下部电极)19上形成抗蚀剂图案，把导电层19加工成下部电极的形状。
第九步骤中，如图31(b)所示，形成绝缘层23以填充所述分离的多个磁存储器元件之间的空间。
在第十步骤中，使用CMP(化学机械抛光)平坦化绝缘层23后，如图32所示，在多个磁存储器元件和所述多个磁存储器元件之间的绝缘层24上形成导电层18。
第十一步骤中，加工导电层18以仅在与导电层15正交的方向上连接相邻的磁存储器元件，从而制造磁存储器。
通过以上的制造方法，得到的磁存储器如上所述对第四步骤中形成的位线15供给电流，对铁磁层16和铁磁层14提供相反方向的磁化。铁磁层16和铁磁层14以及铁磁层12具有单轴各向异性的平面内磁化。上述导电层15与该单轴各向异性的平面内磁化方向垂直地供给电流。因此，从导电层15提供的磁场方向与铁磁层16和铁磁层14以及铁磁层12的平面内磁化方向相同。还有，位于导电层15的上下的铁磁层16和铁磁层14被提供方向相反的磁场。从而，铁磁层16和铁磁层14的平面内磁化彼此反平行，称为平衡状态。
铁磁层12是铁磁层/金属层/铁磁层的3层结构。2个铁磁层20、22由于彼此反铁磁耦合在铁磁层12内处于磁化平衡状态。
这样，如上所述，可力图高密度化、得到耗电量小的磁存储器。
第一步骤中，除上述溅射法以外，还可以使用例如蒸汽沉积法等的其它一般成膜方法形成铁磁层16。
作为绝缘层24的平坦化方法，例如可通过CMP等机械加工进行，也可以还经抗蚀剂平坦化绝缘层24形成后产生的凹凸不平，通过蚀刻整体除去绝缘层24。或者不剥离第四步骤中用作蚀刻掩膜的抗蚀剂而形成绝缘层24，以填充导电层15之间的空间部分，通过剥离除去并平坦化导电层15上的绝缘层后，通过绝缘层和导电层15连续形成上层的膜。
本实施例中是使用一个磁存储器元件部分来说明的，因为这样说明容易理解，但实际的元件形成中，显然基板、保护层和密封层等都是必要的。
作为第一～第三铁磁层12、14、16的材料，可使用Fe、Co、Ni或它们的合金。
作为反铁磁层11的材料可使用FeMn、NiMn、PtMn、IrMn等合金。
作为绝缘层13，从MR比这一点看最好是Al2O3，但是可使用其它的氧化膜、氮化膜等的绝缘膜，或Si膜、金刚石膜、类金刚石(DLC)膜等的绝缘膜。
第一～第三铁磁层12、14、16的膜厚希望在10埃以上。通过设定在这个范围内，可防止因热能的影响产生超顺磁性。
所述绝缘层13的膜厚希望在3埃以上30埃以下。这是因为在绝缘层13的膜厚小于3埃的情况下，由于造成第二铁磁层14和第三铁磁层16接近的结构，有可能电短路，而绝缘层13的膜厚大于30埃的情况下，难以引起第二铁磁层14和第三铁磁层16之间的电子隧道、磁致电阻比变小。
第一铁磁层12也可以由单层铁磁体构成，但是，通过本实施例这样构成的三层结构，实质上可把第一铁磁层12的端部产生的磁极做成零。
本实施例中第一铁磁层(固定层)12的磁化通过与反铁磁层11的交换耦合而被固定。但是，作为第一铁磁层12，可采用用矫顽力大的硬磁材料等形成的其它方式，产生没有反铁磁层11的结构。例如由补偿点附近的稀土类一过渡金属合金膜这样的铁磁性材料构成第一铁磁层12时，端部不产生电极，防止对相邻的磁存储器产生不良影响。
对于铁磁层20和铁磁层22可使用各向异性磁场大的材料而称为省略反铁磁层11的结构。
此外，作为磁存储器元件的结构，通过把第三铁磁层16的矫顽力设置得比第二铁磁层14的矫顽力小，在记录时可使第三铁磁层16的磁化首先反转。这样，第一铁磁层12的两端产生的磁极产生促进第二铁磁层14的磁化方向反转的方向的磁场。因此由于记录时容易产生磁化反转，可降低记录时所需的电流，可降低耗电量。
本实施例中以MTJ元件的磁存储器为例说明，但是，如果磁存储器元件1的反铁磁层11、第一铁磁层12、第二铁磁层14、第三铁磁层16的层叠部分与导电层绝缘，也可能使用GMR元件。
本发明的制造方法是制造配备有层叠第一铁磁层、非磁性层、构成记录层的第二铁磁层的多个磁存储器元件的磁存储器的方法，可包括：至少在基板上形成第三铁磁层的步骤；把所述第三铁磁层加工成相互分离的磁存储器元件的形状的步骤；在基板上形成第一导电层的步骤；加工所述第一导电层以仅在一个方向上连接分离的相邻的第三铁磁层的步骤；在基板上形成绝缘层以填充到加工后的所述第一导电层之间的空间中的步骤；在所述绝缘层上从基板侧顺序连续形成所述第一铁磁层、所述非磁性层和所述第二铁磁层的层叠膜的步骤；留下第二导电层把所述第一铁磁层、所述非磁性层和所述第二铁磁层的层叠膜加工成与所述第三铁磁层大致相同的形状来形成分离的多个磁存储器元件的步骤；把第二导电层加工成下部电极的形状的步骤；形成绝缘层以填充所述多个磁存储器元件之间的空间的步骤；在所述多个磁存储器元件上和所述磁存储器元件之间的绝缘层上形成第三导电层的步骤；把所述第三导电层加工成仅在与第一导电层正交的方向上与分离的相邻的磁存储器元件相连的步骤。
更好是层叠构成记录磁化信息的记录层的第二铁磁层、绝缘层、第一铁磁层、与第一铁磁层交换耦合的反铁磁层来形成存储部。
这样，由于第一铁磁层与反铁磁层交换耦合，成为磁化被固定的固定层。可提供利用根据构成该固定层的第一铁磁层和构成记录层的第二铁磁层的磁化方向的不同而改变电阻的磁致电阻效应的磁存储器。
可把第一铁磁层形成为在反铁磁结合的2层铁磁层之间配置金属层的3层结构。
这样，由于构成第一铁磁层的2层铁磁层互相反铁磁耦合，第一铁磁层的表观磁化可为0。因此，与以单层形成第一铁磁层的情况相比，可抑制端部产生的磁极的产生，可确实把每个磁存储器元件的表观磁化作成0。其结果，即使构成磁存储器的磁存储器元件靠近配置，由于记录层保持稳定的磁化状态，可提供更高密度的磁存储器。
发明的详细说明给出的具体实施例或实施例终究是为了本发明的技术内容清楚，并不应解释为仅限制于其具体例子，在本发明的精神和下面记载的权利要求范围内，可实施各种变更。

Claims (23)

1．一种磁存储器元件，在与至少层叠第一铁磁层(12)、非磁性层(13)、第二铁磁层(14)的磁存储器元件(1a)的第二铁磁层(14)的所述非磁性层(13)层叠侧不同的侧上经至少一个第一导电层(15)设置第三铁磁层(16)。
2．根据权利要求1所述的磁存储器元件，第三铁磁层(16)的磁化大小与连接第一导电层(15)的第二铁磁层(14)的磁化大小大致相同。
3．根据权利要求1或2所述的磁存储器元件，第三铁磁层(16)的矫顽力比连接第一导电层(15)的第二铁磁层(14)的矫顽力小。
4．根据权利要求1到3中的任何一项所述的磁存储器元件，在第一导电层(15)和第三铁磁层(16)之间设置第二导电层(38)。
5．根据权利要求1到4中的任何一项所述的磁存储器元件，在第一铁磁层(12)或第三铁磁层(16)外侧上设置第二导电层(38)，并且该第二导电层(38)的不面对所述第一铁磁层(12)或所述第三铁磁层(16)的一侧上连接铁磁层(49)。
6．根据权利要求1到5中的任何一项所述的磁存储器元件，夹住第一铁磁层(12)和所述第二铁磁层(14)的所述非磁性层(13)是绝缘体。
7．根据权利要求1到6中的任何一项所述的磁存储器元件，第一～第三铁磁层(12)、(14)、(16)的层厚在10埃以上。
8．根据权利要求1所述的磁存储器元件，绝缘层(13)的层厚在3埃以上30埃以下。
9．根据权利要求1所述的磁存储器元件，第一铁磁层(12)由补偿点附近组成的稀土类-过渡合金膜的铁磁材料形成。
10．根据权利要求1所述的磁存储器元件，与面对绝缘层(13)的侧相对的侧的面上连接反铁磁层(11)。
11．根据权利要求1所述的磁存储器元件，第一铁磁层(12)是2层铁磁层(19)、(21)之间配置金属层(20)的3层结构。
12．根据权利要求1所述的磁存储器元件，磁化反转第二铁磁层(14)和第三铁磁层(16)所需的磁场比分别由第一导电层(15)和第二导电层(18)提供的磁场大，比它们的合成磁化小。
13．一种配置权利要求1到12中的任何一项所述的磁存储器元件的磁存储器。
14．一种磁存储器，配置有在彼此平行的轴上具有单轴各向异性的平面内磁化的多个铁磁层和绝缘层，利用隧道效应进行磁化信息的再现，上述多个铁磁层中，配置有构成固定层的第一铁磁层(12)和构成记录层的第二铁磁层(14)，另外，在第二铁磁层(14)和自由反转磁化方向的第三铁磁层(16)之间设置供给电流的第一导电层(15)，第一导电层(15)在与第二、第三铁磁层(14)、(16)的磁化方向垂直的方向上供给电流。
15．根据权利要求14所述的磁存储器，第三铁磁层(16)具有与第二铁磁层(14)大致相等大小的磁矩。
16．根据权利要求14或15所述的磁存储器，第三铁磁层(16)的矫顽力比连接第一导电层(15)的第二铁磁层(14)的矫顽力小。
17．根据权利要求14到16中的任何一项所述的磁存储器元件，在第一导电层(15)和第三铁磁层(16)之间设置第三导电层(38)。
18．根据权利要求14到17中的任何一项所述的磁存储器元件，在第一铁磁层(12)或第三铁磁层(16)外侧上经导电层(48)设置铁磁层(49)。
19．一种制造配置有至少层叠第一铁磁层(12)、非磁性层(13)和构成记录层的第二铁磁层(14)的多个磁存储器元件的磁存储器的方法，包括：在基板上从基板侧顺序连续形成至少所述第一铁磁层(12)、所述非磁性层(13)和所述第二铁磁层(14)的层叠膜的步骤；把所述层叠膜加工成彼此分离的磁存储器元件的形状的步骤；形成绝缘层(24)以填充基板上形成的多个所述磁存储器元件之间的空间的步骤；在所述多个磁存储器元件上和所述磁存储器元件之间的绝缘层(24)上连续形成第一导电层(15)和第三铁磁层(16)的步骤；把所述第三铁磁层(16)加工成与所述磁存储器元件大致相同形状后，加工第一导电层(15)以仅在一个方向上与相邻的磁存储器元件相连的步骤。
20．一种制造配备有至少层叠第一铁磁层(12)、非磁性层(13)和构成记录层的第二铁磁层(14)的多个磁存储器元件的磁存储器的方法，包括：至少在基板上从基板侧顺序连续形成所述第一铁磁层(12)、所述非磁性层(13)和所述第二铁磁层(14)的层叠膜的步骤；把所述层叠膜加工成彼此分离的磁存储器元件的形状的步骤；形成绝缘层(24)以填充基板上形成的多个所述磁存储器元件之间的空间的步骤；在所述多个磁存储器元件上和所述磁存储器元件之间的绝缘层(24)上连续形成第一导电层(15)和绝缘层的步骤；把所述第一导电层(15)加工成仅在一个方向上与相邻的磁存储器元件相连的步骤；形成绝缘层(24’)以填充所述加工成的第一导电层(15)之间的空间的步骤；在所述加工成的第一导电层(15)上和第一导电层(15)之间的绝缘层(24’)上连续形成第二导电层(18)和第三铁磁层(16)的步骤；把所述第三铁磁层(16)加工成与所述磁存储器元件大致相同形状后，加工所述第二导电层(18)，以仅在与第一导电层(15)正交的方向上与相邻的磁存储器元件相连的步骤。
21．一种制造把多个铁磁层与绝缘层层叠来构成、配置记录磁化信息的存储部、根据隧道效应检测流过存储部的电流的电阻变化进行磁化信息的再现的磁存储器的方法，包括：在基板上形成具有单轴各向异性的平面内磁化的第三铁磁层(16)的步骤；形成在与上述第三铁磁层(16)的磁化方向正交的方向上连接相邻的磁存储器元件而供给电流的第一导电层(15)的步骤；形成绝缘层(24)以覆盖上述第一导电层(15)或填充各个所述磁存储器元件之间的步骤；形成构成检测上述电阻变化的下部电极的第三导电层(19)的步骤；形成配置在与第三铁磁层(16)的磁化平行的轴上具有单轴各向异性的平面内磁化的铁磁层(12)、(14)和绝缘层(13)的存储部(30)的步骤；形成作为检测上述电阻变化的上部电极的、同时在与第一铁磁层(16)的磁化方向平行的方向上与相邻的磁存储器元件连接而供给电流的第二导电层(18)的步骤。
22．根据权利要求21所述的磁存储器的制造方法，层叠构成记录磁化信息的记录层的第二铁磁层(14)、绝缘层(24)、第一铁磁层(12)、与第一铁磁层(12)交换耦合的反铁磁层(11)而形成上述存储部(30)。
23．根据权利要求22所述的磁存储器的制造方法，把上述第一铁磁层(12)形成为在2层铁磁层(20)、(22)之间配置金属层(21)的3层结构。
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