專利名稱：磁存儲器的導體結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及磁存儲器的導體結構。更具體地說，本發(fā)明涉及磁存儲器的導體結構，其中，導體截面積可以減小、以提高導體中的電流密度，或者，其中，所述截面積可以增加以減小導體中電子流動的阻力，并且所述導體被部分地包覆以增加磁場、使得向磁存儲器寫入比特數據所需的電流可以減小。
在

圖1a中，先有技術的MRAM存儲元件101包括數據層102和基準層104，它們被薄的阻擋層106所分隔。通常，阻擋層106的厚度小于約2.0納米。存儲元件101的寬度為W，高度為H，寬W與高H的比率定義了寬高比(即寬高比＝W/H)。在隧道效應磁致電阻(TMR)結構中，阻擋層106為不導電的介質材料，例如二氧化鋁(Al2O3)。而在巨型磁致電阻(GMR)結構中，阻擋層106為導電材料的薄層，例如銅(Cu)?；鶞蕦?04具有固定磁化取向108，也就是說，固定磁化取向108固定在預定的方向，不隨外部磁場而旋轉。相反，數據層102具有可變磁化取向103，它可以隨外部磁場而在兩個方向之間旋轉。
在圖1b中，當固定磁化取向108和可變磁化取向103指向同一個方向(即它們互相平行)時，數據層102存儲二進制的1(“1”)。另一方面，當固定磁化取向108和可變磁化取向103指向相反方向(即它們互相逆平行)時，數據層102存儲二進制的0(“0”)。
在圖2中，先有技術存儲元件101通常位于兩個正交導體105和107的交點處。例如，導體105可以是字線，導體107可以是位線。通過產生兩個磁場HX和HY，可以向存儲元件101寫入數據位，這兩個磁場則分別由流經導體107和105中的電流IY和IX所產生。磁場HX和HY共同作用于數據層102，將可變磁化取向103從其當前的定向轉到新的取向。因此，若當前的取向與固定磁化取向108平行(即在x軸的正x方向)、使得在數據層102中存儲二進制的″1″，那么，磁場HX和HY將使可變磁化取向103轉至逆平行方向(即在x軸的負x方向)、使得在數據層102中存儲二進制的″0″。
在圖3中，先有技術的存儲元件101被設置在相似的存儲元件101的大陣列201中，這些元件也被設置在按行和列排列的多個導體107和105的交叉點。為方便說明，圖3中的導體107為位線，導體105為字線。導體(105，107)不能與存儲元件101直接接觸。通常有一層或多層材料將導體(105，107)與數據層102和基準層104分隔開。
通過使電流IY和IX流經字線和位線，就將數據位寫入位于字線和位線交叉點的所選存儲元件101。在正常的寫操作中，僅當復合磁場HX和HY有足夠的磁力來轉換(即旋轉)存儲元件101的可變磁化取向時，才能寫入所選存儲元件101。
先有技術存儲元件101的一個缺點是導體107和105具有的標稱厚度(表示為tN，)和分別大體上等于存儲元件101的寬度W和高度H的寬度WB和WW。在圖4中，存儲元件101沿縱軸Y的截面圖說明導體107具有基本上等于存儲元件101寬度W的寬度WB。同樣地，存儲元件101沿橫軸X的截面圖說明導體105具有基本上等于存儲元件101的高度H的寬度WW。
上述厚度tN和寬度(WB和WW)的結果是，產生復合磁場HX和HY所需的電流IX和IY量很高。高電流具有幾個缺點。首先，提供那些電流來源的晶體管驅動電路根據所需電流量而加大。因此，較高的電流需要較大的驅動電路。當存儲元件101的尺寸縮小以增加區(qū)域密度時，有必要也縮小驅動電路的尺寸、使得陣列201所占的面積最小。
其次，在便攜式電子應用中，電源通常是電池，高電流需求導致電池的壽命減小，需要更大和更重的電池。有必要減小重量、尺寸，并為獲得更長的工作時間而增加電池壽命。
最后，在低功率應用中，由微電子器件產生的廢熱與所提供的電流量成正比。因此，較高的電流需求將增加廢熱的產生。過多地產生廢熱會使器件的溫度提高，通常具有害影響。
美國專利6,236,590(Bhattacharyya等)公開了一種導體布局結構，其中，通過這樣減小導體的寬度、使得導體的邊緣在所述導體與存儲元件交叉方向上處在存儲元件寬度或長度范圍內來減小轉換數據層所需的電流量。但是，當磁存儲元件的尺寸繼續(xù)縮小時，需要進一步減小電流。因此，進一步減小MRAM器件在寫操作期間的電流消耗尚有空間。
因此，有必要提供一種用于磁存儲單元的導體結構，它能最佳地使用電流來轉換存儲單元的數據層。還有必要提供另一種用于磁存儲單元的導體結構，它比先有技術導體結構能更有效地使用可用電流。有必要提供一種用于磁存儲單元的導體結構，它能減小對高電流驅動電路的需要。最后，還有必要提供一種用于磁存儲單元的導體結構，在對存儲單元的寫入操作中，它能進一步減小電流消耗。

發(fā)明內容
本發(fā)明使用一種導體結構來解決上述需要，所述導體的寬度和厚度得到減小，以增加導體中電流的密度，使得流經導體中的減小后電流量能產生足夠的磁場強度，來轉換存儲單元數據層的可變磁化取向。本質上，當導體的寬度和厚度減小時，也將減小對轉換電流的需求。導體寬度和厚度的減小可以相對于標稱寬度和標稱厚度。此外，可以在對寫數據到存儲單元的數據層起作用的一個或多個導體上減小導體的寬度和厚度。
在本發(fā)明的另一個實施例中減小了導體的寬度，并增加導體的厚度，這樣就減小了導體中電流的電阻。所述導體用軟磁材料部分地包覆、使得磁場增大、流經導體中的減小后的電流量能產生足夠的磁場強度來轉換存儲單元數據層的可變磁化取向。導體寬度的減小及導體厚度的增加可以相對于標稱寬度和標稱厚度。可以在對寫數據到存儲單元數據層起作用的一個或多個導體上減小導體寬度及增加導體厚度。
在本發(fā)明的另一個實施例中，導體被分割為兩個或更多分隔開的部分。分隔開的部分也可以被部分地包覆。
從以下結合附圖的詳細描述以及通過實例對本發(fā)明原理的說明，本發(fā)明的其他方面及優(yōu)點將顯而易見。
圖2是先有技術磁存儲元件的寫導體布局輪廓圖。
圖3是先有技術磁存儲元件陣列的輪廓圖。
圖4是描繪先有技術寫導體及先有技術磁存儲元件之間尺寸關系的截面圖。
圖5a是根據本發(fā)明的對磁場敏感的存儲單元的輪廓圖。
圖5b是描繪根據本發(fā)明的存儲單元的寬度和長度的頂視圖。
圖5c和5d是根據本發(fā)明相交于磁存儲單元的第一導體和第二導體的頂視圖。
圖5e和圖5f是根據本發(fā)明的磁存儲器的示意圖。
圖6a和7a是根據本發(fā)明的寬度減小及厚度減小的導體的截面圖。
圖6b和7b是根據本發(fā)明、相對于具有標稱寬度、標稱長度及標稱厚度的導體分別描繪圖6a和圖7a的寬度減小且厚度減小的導體的截面圖。
圖6c是根據本發(fā)明的在長度方向橫穿存儲單元的第二導體的截面圖。
圖8a、8b和8c分別是根據本發(fā)明的分割為多個分隔部分的導體的頂視圖和截面圖。
圖9a、9b和9c分別是根據本發(fā)明的分割為多個分隔部分的一對導體的頂視圖和截面圖。
圖10a和11a是根據本發(fā)明的寬度減小而厚度增加的包覆導體的截面圖。
圖10b和11b是根據本發(fā)明、相對于具有標稱寬度、標稱長度及標稱厚度的導體分別描繪圖10a和圖11a的寬度減小而厚度增加的導體的截面圖。
圖12a、12b、12c和12d是根據本發(fā)明的寬度減小而厚度增加的部分地包覆的導體的截面圖，這些導體被分割為多個分隔的包覆部分。
圖13a和13b分別是根據本發(fā)明的、相對于具有標稱寬度、標稱長度及標稱厚度的導體的、圖12a和12c以及圖12b和12d的分隔開的并且部分包覆的導體的截面圖。
圖14是根據本發(fā)明的導體周邊的磁路的截面圖。
圖15是根據本發(fā)明的部分包覆的導體的截面圖。
具體實施例方式
在以下詳細說明及幾個附圖中，相同的元件用相同的標號標識。
如附圖所示，為了說明，以磁存儲器的導體結構來體現本發(fā)明。所述磁存儲器包括對磁場敏感的存儲單元，所述單元包括寬度、長度；以及用于以可變磁化取向的形式存儲數據位的數據層。第一導體在寬度方向與存儲單元相交，第二導體在長度方向與存儲單元相交。第一和第二導體可響應流經第一導體的第一電流而產生第一磁場，并響應流經第二導體的第二電流而產生第二磁場。第一和第二磁場共同作用于數據層，以旋轉可變磁化取向，從而向數據層寫入新的數據位。
第一導體包括限定第一截面積的第一寬度和第一厚度；頂面；位于存儲單元寬度范圍內的兩個側面；以及與存儲單元相鄰的底面。
第二導體包括限定第二截面積的第二寬度和第二厚度；頂面；兩個側面；以及與存儲單元相鄰的底面。
第一導體的第一厚度被預選成減小第一截面積，從而增加第一導體中的電流密度。其結果是，用減小后的第一電流量就能產生與第二磁場共同作用足以旋轉可變磁化取向的第一磁場強度。因此就可減小功率消耗并減小廢熱的產生。
通過將第二導體的兩個側面設置在存儲單元的長度范圍之內并且將第二厚度預選成減小第二截面積從而提高第二導體中的電流密度，來實現進一步減小功率消耗。因此，通過減小的第二電流量產生與第一磁場共同作用足以旋轉可變磁化取向的第二磁場強度。
在本發(fā)明的另一個實施例中，將第一導體的兩個側面設置在存儲單元的寬度范圍之內，第一導體的頂面和/或兩個側面被可增加第一磁場的第一包覆層所覆蓋。第一厚度被預選成增加第一截面積，使得第一導體的電阻減小，通過減小后的第一電流量來產生與第二磁場共同作用足以旋轉可變磁化取向的第一磁場強度。
通過將第二導體的兩個側面設置在存儲單元的長度范圍之內并用可增加第二磁場的第二包覆層覆蓋第二導體的頂面和/或兩個側面，將可進一步減小功率消耗。第二厚度被預選成增加第二截面積、使得第二導體的電阻減小，通過減小的第二電流量來產生與第一磁場共同作用足以旋轉可變磁化取向的第二磁場強度。所述第一和第二包覆用鐵磁材料制作。
在圖5a和5b中，對磁場敏感的存儲單元20包括數據層11、基準層13，以及設置在數據層11和基準層13之間的阻擋層15。存儲單元20具有寬度W和長度L，它們定義寬長比AR＝W/L。數據層11包括可變磁化取向17，基準層13包括固定磁化取向19。在數據層11中存儲數據位。
所述數據位的狀態(tài)由固定磁化取向19和可變磁化取向17之間的相對方向確定。例如，平行方向可指示二進制″1″的狀態(tài)，其中固定磁化取向19和可變磁化取向17指向相同方向。相反地，逆平行方向可指示二進制″0″的狀態(tài)，其中固定磁化取向19和可變磁化取向17指向相反方向。
在圖5b中，存儲單元20的寬度方向DW大體上垂直于寬度W尺度，長度方向DL大體垂直于長度L尺度。存儲單元20在寬度方向DW具有相對的側面12s，在長度方向DL具有相對的側面14s。在MRAM技術領域中都知道，對磁場敏感的存儲單元可以包括多層薄膜材料。僅為了說明目的，未顯示所有可以包括在磁場敏感存儲單元中的層。例如，數據層11、基準層13及阻擋層15都可以由幾層材料組成，但每一類僅圖示一層。而且，雖然此處描述的第一和第二導體被圖示為與數據層11和基準層13接觸，但那些導體可以由一層或多層材料與數據層11及基準層13分隔開。
在圖5c、6a和6c中，磁存儲器的導體結構包括存儲單元20；在寬度方向DW橫穿存儲單元20的第一導體21；以及在長度方向DL橫穿存儲單元20的第二導體23。
在圖6a中，第一導體21包括第一寬度W1和第一厚度t1，它們限定第一截面積A1(即A1＝W1*t1)。第一導體21還包括頂面21t、兩個側面21s以及與存儲單元20相鄰的底面21b(即底面21b位于面向數據層11的相對位置)。兩個側面21s設置在存儲單元20的寬度W范圍之內。也就是說，兩個側面21s從存儲單元20的相對側面12s嵌入、使得第一寬度W1小于存儲單元20的寬度W(即W1＜W)。第一導體21響應流經第一導體21的第一電流I1(未顯示)，產生第一磁場H1。
在圖6c中，第二導體23包括第二寬度W2和第二厚度t2，它們限定第二截面積A2(即A2＝W2*t2)。第二導體23還包括頂面23t、兩個側面23s以及與存儲單元20相鄰的底面23b(即底面23b位于面向基準層13的相對位置)。第二導體23響應流經第二導體23的第二電流I2(未顯示)，產生第二磁場H2。第一和第二磁場(H1，H2)合作共同作用于數據層11，以旋轉可變磁化取向17。
在圖5c、6c和8a中，第二寬度W2大于或等于存儲單元20的長度L。兩個側面23s設置在大體上與存儲單元20的相對的兩側14s齊平的位置。或者，可以這樣設置兩個側面23s、使得它們向外朝相對側12s延伸，如虛線箭頭E所示。隨便哪種情況，第二寬度W2大于或大體上等于存儲單元20的長度L(即W2＞＝L)。
在圖5e中，多個存儲單元20按行和列的陣列排列，共同形成磁存儲器10。多個第一導體21按列排列，多個第二導體23按行排列。或者，第一導體21可以按行排列，第二導體23可以按列排列。
每個存儲單元20設置在第一和第二導體(21，23)的交叉點，并設置在第一和第二導體(21，23)之間的中間層。通過使第一電流I1流過第一導體21并使第二電流I2流過第二導體23、使得由那些電流產生的第一和第二磁場(H1，H2)合作共同作用于存儲單元20′的數據層11、以旋轉可變磁化取向17，來將數據位寫到位于第一和第二導體(21，23)交叉點的所選存儲單元(在圖5e中表示為20′)。通過減小流經第一導體21中的第一電流I1，可以減小前述寫操作的功率消耗。
在電子技術領域都知道，導體中的電流密度J由流經所述導體的電流I和所述導體的截面積A來確定，即，J＝I÷A(單位為A/m2)。磁場H與流經導體中的電流I有關，用安培定律表示I＝∮H·d1。所述表達式可簡化為I＝H*P，其中P是導體周圍的閉合磁路。因此，若I保持恒定，則H隨P的減小而增大。
例如，對于第一導體21，閉合磁路P是第一導體21周圍的閉合路徑(即第一導體21的周長)；因此，P＝(2*W1+2*t1)。相應地，第一磁場H1≈[I1/(2*W1+2*t1)]。同樣，對于第二導體23，第二磁場H2≈[I2/(2*W2+2*t2)]。
在MRAM技術領域都知道，可以通過減小橫穿所述數據層的導體的寬度，可以減小足夠用來旋轉數據層可變磁化取向的電流量。導體的寬度可以減小到使得導體的邊緣處在存儲單元的邊緣之內。如前所述，Bhattacharyya等的美國專利6,236,590公開了一種減小寬度的導體。但是，僅減小導體的寬度并不會產生同樣大的電流減小。例如，若導體的寬度按2.0的倍數減小(即50％)，則電流量并不會按2.0的倍數減小。
根據本發(fā)明的原理，通過減小導體的厚度以及導體的寬度、使得導體的截面積減小并增加了導體中電流的密度，來進一步減小旋轉可變磁化取向所需的電流量。
在圖6a中，第一導體21的第一厚度t1和第一寬度W1被預選成減小第一導體21的第一截面積A1并增加電流密度J1。第一導體21中電流密度J1的增加提高了由第一電流I1所產生的第一磁場H1的強度。但是，若減小第一截面的面積A1并保持第一電流I1不變，則第一磁場H1的強度與第二磁場H2合作將足以旋轉可變磁化取向17。
因此，由于第一磁場H1的強度超過旋轉可變磁化取向17所需的實際強度，所以可以在以下情況下減小第一電流I1的量第一磁場H1以這樣的方式減小、使得減小后的第一磁場H1的強度與第二磁場H2合作足以旋轉可變磁化取向17。預選的第一寬度W1的值使得第一導體21的兩個側面21s被設置在存儲單元20的寬度W的范圍之內(即它們從相對側面12s嵌入)。雖然將第一導體21描述為在相對的側面12s的中間，但是，第一導體21無需處于相對側面12s之間的對稱位置，而是可以在相對側面12s內的任何位置。
減小第一電流I1的量的好處包括減小功率消耗、減小功率耗散(即由于電流流動產生的廢熱)以及減小提供第一電流I1的驅動電路的尺寸。當減小第二電流I2的量時將會有相同的好處，這將在以下說明。
在圖6b中，存儲單元20可以有標稱的導體21’(用虛線輪廓顯示的截面圖)，它包括標稱寬度Wn、第一標稱厚度T1n以及第一標稱截面積A1n。那些標稱值可以由制造磁存儲器的一套設計規(guī)則確定。例如，若第一標稱厚度為T1n＝0.2μm，標稱寬度為Wn＝1.0μm，則第一標稱截面積為A1n＝Wn*T1n＝0.2μm2。標稱寬度Wn可以大于或等于存儲單元20的寬度W。在圖6b中，標稱寬度Wn等于W。隨便哪種情況下，第一寬度W1小于Wn并且小于W。Wn、T1n和A1n的值可以用作基準值來確定W1和t1的預選值。
在圖6b中，第一導體21的截面圖與標稱導體21′的截面圖疊加，以說明第一截面積A1(A1＝W1*t1)相對于第一標稱截面積A1n(A1n＝Wn*T1n)的減小。
相應地，可以通過預選第一厚度t1為小于第一標稱厚度T1n并預選第一寬度W1為小于標稱寬度Wn，來達到第一截面積A1的減小。顯然，在W＝Wn的情況下，第一寬度W1也可預選成小于W。例如，給定A1n＝Wn*T1n＝0.2μm2，若第一寬度W1＝0.5μm并且第一厚度t1＝0.1μm，則第一截面積A1＝W1*t1＝0.05μm2，因而，第一導體21的第一截面積A1相對于第一標稱截面積A1n按4.0的倍數減小。
在本發(fā)明的一個實施例中，第一寬度W1相對于標稱寬度Wn按大約0.60或更小的倍數縮小，而第一厚度t1相對于第一標稱厚度T1n按大約0.50系數或更小的倍數縮小。
在圖8a、8b和8c中，第一導體21被分割為多個分隔開的部分22(圖中示出兩個)。在圖8b中，所有部分22都設置在存儲單元20的寬度W范圍之內。各部分22由距離S1分隔開。如上所述，各部分22具有第一厚度t1。由于各部分22之間的距離S1，所以各部分22的總組合寬度小于第一寬度W1，并小于寬度W或標稱寬度Wn。各部分22可以有相同的寬度，或者它們的寬度可以在各部分22中有變化。
在本發(fā)明的另一個實施例中，如圖8c中所示，各部分22中至少一個部分的一小部分(即底面22b)不位于存儲單元20的寬度W范圍之內。
在圖8a中，第一電流I1在各部分22之間分配、使得各部分22之一有電流I11流過，另一個部分22有電流I12流過。若各部分22具有大體上相等的尺寸(即厚度和寬度)，則電流(I11，I12)將大體上相等。另一方面，若各部分22具有不相等的尺寸，則電流(I11，I12)可以不相等。
各部分22可以通過用將各部分22電氣上互相連接的導電材料26互相進行電連接。本質上，導電材料26使各部分22互相短接。驅動電路(未顯示)可以向第一導體21提供第一電流I1，第一電流I1將分配給各部分22并流經各部分22。但是，各部分22無需互相電連接，每個部分22可以與專用的驅動電路(未顯示)電連接。各部分22最好互相電連接、使得驅動電路的數目最少。
在圖8a和8b中，第一截面積A1包括所有部分22組合的截面積。上述由第一截面積A1的減小引起第一電流I1的減小也適用于第一導體21被分割成各部分22的情況。
用與上述對第一導體21相同的方式減小第二導體23的第二截面積A2，可以在本發(fā)明的磁存儲器10中實現電流消耗的進一步減小。
在圖5d、5f、7a和7b中，第二導體23的兩個側面23s被設置在存儲單元20的長度L范圍之內(即它們從相對側面14s嵌入)。第二厚度t2和第二寬度W2被預選成減小第二截面積A2，并增加第二導體23內的電流密度J2。因此，減小后的第二電流I2產生與第一磁場H1合作足以旋轉可變磁化取向17的第二磁場強度H2。
在圖7b中，存儲單元20可以有標稱的導體23’(用虛線輪廓顯示的截面圖)，它包括標稱長度Ln、第二標稱厚度T2n以及第二標稱截面積A2n。那些標稱值可以由制造磁存儲器的一套設計規(guī)則確定。例如，若第二標稱厚度為T2n＝0.2μm，標稱長度為Ln＝0.8μm，則第二標稱截面積為A2n＝Ln*T2n＝0.16μm2。標稱長度Ln可以大于或等于存儲單元20的長度L。在圖7b中，標稱長度Ln等于L。隨便哪種情況下，第二寬度W2小于Ln并且小于L。Ln、T2n和A2n的值可以用作基準值來確定W2和t2的預選值。
在圖7b中，第二導體23的截面與標稱導體23′的截面圖疊加，以說明第二截面積A2(A2＝W2*t2)相對于第二標稱截面積A2n(A2n＝Ln*T2n)的減小。
因此，可以通過把第二厚度t2預選成小于第二標稱厚度T2n，并把第二寬度W2預選成小于標稱長度Ln，來達到第二截面積A2的減小。在L＝Ln的情況下，也可以把第二寬度W2預選成小于L。例如，給定A2n＝Ln*T2n＝0.16μm2，若第二寬度W2＝0.4μm并且第二厚度t2＝0.1μm，則第二截面積A2＝W2*t2＝0.04μm2，因而，第二導體23的第二截面積A2相對于第二標稱截面積A2n按4.0的倍數減小。
在本發(fā)明的另一個實施例中，第二寬度W2相對于標稱長度Ln按約0.60或更小的倍數縮小，而第二厚度t2相對于第二標稱厚度T2n按約0.50或更小的倍數縮小。
在圖9a、9b和9c中，第二導體23被分割為多個分隔開的部分24(圖中示出兩個)。在圖9b中，所有部分24都設置在存儲單元20的長度L的范圍之內。各部分24由距離S2分隔開。如上所述，各部分24具有第二厚度t2。由于各部分24之間的距離S2，所以各部分24的總組合寬度將小于第二寬度W2，并小于長度L或標稱長度Ln。各部分24可以有相同的寬度，或者它們的寬度可以在各部分24中有變化。
在本發(fā)明的另一個實施例中，如圖9c中所示，各部分24中至少一個部分的一小部分(即底面24b)不位于存儲單元20的長度L之內。
在圖9a中，第二電流I2在各部分24之間分配、使得各部分24之一有電流I21流過，而另一個部分24有電流I22流過。若各部分24具有大體上相等的尺寸(即厚度和寬度)，則電流(I21，I22)將大體上相等。另一方面，若各部分24具有不相等的尺寸，則電流(I21，I22)可以不相等。
各部分24可以通過將各部分24彼此電連接的導電材料28互相進行電連接。本質上，導電材料28使各部分24互相短接。驅動電路(未顯示)可以向第二導體23提供第二電流I2，第二電流I2分配給各部分24并流經各部分24。但是，各部分24無需互相電連接，每個部分24可以與專用的驅動電路(未顯示)電連接。各部分24最好互相電連接、使得驅動電路的數目能夠最少。
在圖9a和9b中，第二截面積A2包括所有部分24組合的截面積。上述由第二截面積A2的減小引起的第二電流I2的減小也適用于第二導體23被分割成各部分24的情況。
在本發(fā)明的又一個實施例中(也在圖9a中描述)，第一導體21被分割為多個分隔開的各部分22，這在前面已參照圖8a、8b和8c說明過。各部分22由距離S1分隔開。所有部分22可以設置在存儲單元20的寬度W的范圍之內，或者，各導體22中至少一個導體的一部分不設置在寬度W的范圍之內。因此，第一和第二導體(21，23)都被分割為分隔開的各部分(22，24)。
將導體(21，23)分割為部分(22，24)能夠將集中的場加到數據層11的多個區(qū)域。例如，兩個場源可以位于數據層11的任一端。這樣的配置將制止轉換過程在數據層11的端部區(qū)域被初始化。這可產生更可重復的轉換過程。
減小第一導體21和/或第二導體23的截面積所帶來的一個后果是導體的電阻隨截面積(A1，A2)的減小而增加。電子流動阻力Rc和導體的截面積Ac之間的關系是Rc＝ρ*(1/Ac)＝ρ*[1/(Wc*tc)]，其中ρ是單位為Ω-m的電阻率，1是單位為米的長度。
因此，減小電阻Rc的一個方法是增加厚度tc、寬度Wc，或兩者同時增加、使得導體的截面積Ac增加。減小導體的寬度Wc的好處前面已經描述過。因此，若導體寬度Wc小于存儲單元20的長度L或寬度W(如本文中所述)，則為了增加截面積Ac并減小電阻Rc，必須增加厚度tc。
在圖14中，第一導體21在所述導體的周圍有總磁路P1，其中P1＝(2*W1)+(2*t1)。由流經第一導體21的第一電流I1所產生的第一磁場H1與第一電流I1除以總磁路P1成正比，這樣H1～I1÷P1～I1÷(2*W1+2*t1)雖然未在圖14中顯示，第二導體23也包括磁路P2＝(2*W2)+(2*t2)，并且由流經第二導體23的第二電流I2所產生的第二磁場H2與第二電流I2除以總磁路P2成正比，這樣H2～I2÷P2～I2÷(2*W2+2*t2)在圖14中，第一導體21的4個側面(21t、21s及21b)每個側面代表第一磁場H1的磁阻R，它類似于電路中串聯電阻所引起的電壓降。因此，t1的增加將減小第一磁場H1的強度，因為增加t1將增加總磁路P1。
在圖15中，可以通過用第一包覆層31覆蓋頂面21t、側面21s或同時覆蓋兩者(如圖所示)來減小第一導體21的總磁路P1。底面21b不用包覆層覆蓋(即第一導體21為部分包覆)。第一包覆層31用鐵磁材料制作。包覆的表面(21t，21s)的磁阻R大體上為R≈0，未包覆的表面(21b)的磁阻R仍然是R。因此，總磁路P1成為W1，第一磁場H1～I1/W1。通過限制導體的寬度W1為小于位寬度W，磁場H1增加到超過具有相同寬度的位和導體的值。而且，因為有第一包覆層31，可以增加第一厚度t1以增加第一截面積A1因而減小第一導體21中的電子流電阻。
同樣地，可以通過用第二包覆層33覆蓋頂面23t、側面23s或同時覆蓋兩者(參見圖11a)來減小第二導體23的總磁路P2。底面23b不用包覆層覆蓋(即第二導體23為部分包覆)。第二包覆層33也用鐵磁材料制作。因此，總磁路P2變?yōu)閃2，第二磁場H2～I2÷W2。第二包覆層33允許增加厚度t2，從而增加第二截面積A2并減小第二導體23中電子流的電阻。
減小第一和第二導體(21，23)的導體寬度(W1，W2)的好處包括第一和第二電流(I1，I2)的減小以及尺寸的減小或寫驅動電路的減小。減小電阻的好處包括功率消耗和功率耗散的減小以及提供第一和第二電流(I1，I2)的驅動電路電壓的減小。此外，增加導體截面積可緩和電遷移問題。
在本發(fā)明的一個實施例中，如圖10a和10b所示，磁存儲器10的導體結構包括前面所述的存儲單元20。第一導體21在寬度方向DW橫過存儲單元20，它響應流經的第一電流I1而產生第一磁場H1。第一導體21包括第一寬度W1和第一厚度t1，它們定義第一截面積A1。第一導體還包括頂面21t、設置在存儲單元20寬度W的范圍之內的兩個側面21s(即兩個側面21s從相對的側面12s嵌入)以及與存儲單元20相鄰的底面21b。
第一導體21包括第一包覆層31。第一包覆層31可以覆蓋頂面21t；兩個側面21s；或頂面21t和兩個側面21s。第一包覆層31可減小總磁路P1并增加第一磁場H1，這在前面參照圖15已經講述過。
第二導體23在長度方向DL橫過存儲單元20，它響應流經的第二電流I2而產生第二磁場H2。第二導體包括第二寬度W2和第二厚度t2，它們限定第二截面積A2，第二導體包括頂面23t、兩個側面23s以及與存儲單元20相鄰的底面23b。如前面所討論，第一和第二磁場(H1，H2)共同作用于數據層11，以旋轉可變磁化取向17。
在圖10a和10b中所說明的實施例中，第一寬度W1小于存儲單元20的寬度W，第一厚度t1預選成能增加第一截面積A1。如前面參照圖14和15所說明的，增加第一截面積A1將減小第一導體21的電阻。減小后的導體寬度W1確保在減小后的第一電流量I1的條件下，第一磁場H1的強度與第二磁場H2合作足以旋轉可變磁化取向17。
在圖10b中描繪了具有標稱寬度Wn和第一標稱厚度T1n的標稱導體21′的外形截面圖。那些標稱值可以由制造磁存儲單元20的一套設計規(guī)則確定，這在前面已有說明。第一寬度W1小于標稱寬度Wn。因為兩個側面22s嵌入相對的側面12s，所以第一寬度W1也將小于寬度W。Wn和T1n的值可以用作基準值來確定W1和t1的值。
但不同于圖6b中所描述的實施例，在圖10b中，可以通過將第一厚度t1預選成大于第一標稱厚度T1n(即t1＞T1n)來達到第一截面積A1的增加。例如，若第一標稱厚度T1n＝0.2μm，則可以預選第一厚度t1為0.4μm。
在本發(fā)明的一個實施例中，第一寬度W1相對于標稱寬度Wn按約0.60或更小的倍數縮小，而第一厚度t1相對于第一標稱厚度T1n按約1.50或更大的倍數增大。
進一步減小功率消耗可以通過本發(fā)明的另一個實施例來實現，如圖11a和11b所示，其中第二導體23包括第二包覆層33。第二包覆層33可以覆蓋頂面23t；兩個側面23s；或頂面23t和兩個側面23s。第二包覆層33可減小總磁路P2并增加第二磁場H2，這在前面參照圖15已經講述過。
如圖11a和11b中說明的，兩個側面23s被設置在存儲單元20的長度L的范圍之內(即它們從相對側面14s嵌入)。標稱長度Ln可以大于或等于存儲單元20的長度L。第二寬度W2可小于存儲單元20的標稱長度Ln。因為兩個側面23s嵌入相對的側面14s，所以第二寬度W2也將小于長度L。
第二厚度t2被預選成增加第二截面積A2、因而減小第二導體23的電阻。減小的導體寬度W2確保在減小后的第二電流量I2的條件下，第二磁場H2的強度與第一磁場H1合作足以旋轉可變磁化取向17。
在圖11b中，可以通過將第二厚度t2預選成大于第二標稱厚度T2n(即t2＞T2n)來達到第二截面積A2的增加。例如，若第二標稱厚度T2n＝0.3μm，則可以預選第二厚度t2為0.7μm。
在本發(fā)明的一個實施例中，第二寬度W2相對于標稱長度Ln按約0.60或更小的倍數縮小，而第二厚度t2相對于第二標稱厚度T2n按約1.50或更大的倍數增大。
在本發(fā)明的又一個實施例中，如圖12a中所示，第一導體21被分割為多個(顯示兩個)分隔開和包覆的部分22。與第一導體21的方式相同，每個包覆的部分22都有頂面、兩個側面，以及與存儲單元20相鄰的底面。包覆的部分22由距離S1分隔開。
包覆層32可以覆蓋頂面；兩個側面；或頂面和兩個側面(即包覆部分22是部分包覆)。在圖12a中，導體22的所有表面(除底面外)都由包覆層32覆蓋。如上所述，包覆層32減小了總磁路P1。每個包覆部分22都有預選成增加第一截面積A1的第一厚度t1，從而減小每個包覆部分22中的電阻。
在本發(fā)明的一個實施例中，如圖12a中所述，所有包覆部分22都設置在存儲單元20的寬度W的范圍之內。在本發(fā)明的另一個實施例中，如圖12b中所示，各包覆部分22中至少一個包覆部分的一小部分(即底面22b)不位于存儲單元20的寬度W的范圍之內。
同樣地，在圖12c中，第二導體23被分割為多個(圖中示出兩個)分隔開和包覆的部分24。與第二導體23的方式相同，每個包覆的部分24都有頂面、兩個側面，以及與存儲單元20相鄰的底面。各包覆的部分24由距離S2分隔開。
包覆層34可以覆蓋頂面；兩個側面；或頂面和兩個側面(即包覆部分24是部分包覆的)。在圖12c中，包覆部分24的所有表面(除底面)都由包覆層34覆蓋。如上所述，包覆層34減小了總磁路P2。每個包覆部分24都有預選成增加第二截面積A2的第二厚度t2，從而減小每個包覆部分24中的電阻。
在本發(fā)明的一個實施例中，如圖12c中所述，所有包覆部分24都設置在存儲單元20的長度L的范圍之內。在本發(fā)明的另一個實施例中，如圖12d中所示，各包覆部分24中至少一個包覆部分的一小部分(即底面24b)不位于存儲單元20的長度范圍L之內。
在本發(fā)明的一個實施例中，如圖9a、12a和12c中所示，第一和第二導體(21、23)都被分割為分隔開和包覆的各部分(22、24)。包覆層32覆蓋各包覆部分22，包覆層34覆蓋各包覆部分24。
在圖13a和13b中，各包覆部分(22，24)的截面圖與標稱導體(21′，23′)的截面圖(以虛線輪廓表示)疊加，以說明與標稱導體(21′，23′)的第一和第二標稱厚度相關的各包覆部分(22，24)增加的厚度(t1，t2)。如上所述，增加厚度(t1，t2)將增加各包覆部分(22，24)的截面積(A1，A2)，導致各包覆部分(22，24)中電阻的減小。
將導體(21，23)分割為兩個或更多包覆部分(22，24)使集中的場能夠加到數據層11的多個區(qū)域。例如，兩個場源可以位于數據層11的任一端。這樣的配置將制止轉換過程在數據層11的端部部分被初始化。這可產生更可重復的轉換過程。
對于本文中所述的實施例，包覆層(31，33，32，34)可以用鐵磁材料制成。包覆層(31，33，32，34)最好用高磁導率的軟磁材料、包括(但不限于)鎳鐵合金、鎳鐵鈷合金、鈷鐵合金以及PERMALLOYTM制成。
導體(21，23，22，24)可以用導電的材料、包括(但不限于)銅、鋁、鋁銅、鉭、金、銀及這些導電材料的合金制成。雖然本文所述的導體(21，23，22，24)被描繪為與數據層11或基準層13接觸，但那些配置僅作為說明目的，導體(21，23，22，24)可以用一層或幾層包括存儲單元20結構的材料與數據層11或基準層13分隔。
雖然公開并描述了本發(fā)明的幾個實施例，但本發(fā)明并不局限于這樣描述和說明的特定形式或配置。本發(fā)明僅受限于權利要求書。
權利要求
1.一種磁存儲器的導體結構，所述磁存儲器包括對磁場敏感的存儲單元，所述單元包括寬度、長度；以及用于以可變磁化取向的形式存儲數據位的數據層，所述導體結構包括在寬度方向橫過所述存儲單元的第一導體，所述第一導體響應流經其中的第一電流而產生第一磁場，所述第一導體包括限定第一截面積的第一寬度和第一厚度；頂面；位于所述存儲單元寬度范圍內的兩個側面；以及與所述存儲單元相鄰的底面，在長度方向橫過所述存儲單元的第二導體，所述第二導體響應流經其中的第二電流而產生第二磁場，所述第二導體包括限定第二截面積的第二寬度和第二厚度；頂面；位于所述存儲單元寬度范圍內的兩個側面；以及與所述存儲單元相鄰的底面，其中，所述第二寬度大體上大于或等于所述存儲單元的所述長度，所述第一和第二磁場合作作用于所述數據層，以便旋轉所述可變磁化取向，其中，所述第一厚度和所述第一寬度被預選成減小所述第一截面積因而增加所述第一導體中的電流密度、使得減小后的第一電流量能產生與所述第二磁場合作足以旋轉所述可變磁化取向的第一磁場強度。
2.如權利要求1所述的導體結構，其特征在于所述第一寬度小于標稱寬度，而所述第一厚度小于第一標稱厚度。
3.如權利要求2所述的導體結構，其特征在于所述第一寬度相對于所述標稱寬度按約0.60或更小的倍數縮小，而所述第一厚度相對于所述第一標稱厚度按約0.50或更小的倍數縮小。
4.如權利要求1所述的導體結構，其特征在于所述第一導體被分割為多個分隔開的部分，其中，所述各部分相對于所述存儲單元的所述寬度的位置是從由以下各種情況構成的組中選擇的所有所述各部分都設置在所述存儲單元的所述寬度范圍之內；以及所述各部分中至少一個部分的一小部分不是位于所述存儲單元的所述寬度范圍之內。
5.如權利要求1所述的導體結構，其特征在于所述第二導體的所述兩個側面位于所述存儲單元的所述長度范圍之內，所述第二厚度和所述第二寬度被預選成減小所述第二截面積因而增加所述第二導體中電流的密度、使得減小后的第二電流量產生與所述第一磁場合作足以旋轉所述可變磁化取向的第二磁場強度。
6.如權利要求5所述的導體結構，其特征在于所述第二寬度小于標稱長度，而所述第二厚度小于第二標稱厚度。
7.如權利要求6所述的導體結構，其特征在于所述第二寬度相對于所述標稱長度按約0.60或更小的倍數縮小，而所述第二厚度相對于所述第二標稱厚度按約0.50或更小的倍數縮小。
8.如權利要求5所述的導體結構，其特征在于所述第二導體被分割為多個分隔開的部分，其中，所述各部分相對于所述存儲單元的所述寬度的位置是從由以下各種情況構成的組中選擇的所有所述各部分都設置在所述存儲單元的所述寬度范圍之內；以及所述各部分中至少一個部分的一小部分不是位于所述存儲單元的所述寬度范圍之內。
9.如權利要求8所述的導體結構，其特征在于所述第一導體被分割為多個分隔開的部分，其中，所述各部分相對于所述存儲單元的所述寬度的位置是從由以下各種情況構成的組中選擇的所有所述各部分都設置在所述存儲單元的所述寬度范圍之內；以及所述各部分中至少一個部分的一小部分不是位于所述存儲單元的所述寬度范圍之內。
10.一種磁存儲器的導體結構，所述磁存儲器包括對磁場敏感的存儲單元，所述單元包括寬度、長度；以及用于以可變磁化取向的形式存儲數據位的數據層，所述導體結構包括在寬度方向橫過所述存儲單元的第一導體，所述第一導體響應流經其中的第一電流而產生第一磁場，所述第一導體包括限定第一截面積的第一寬度和第一厚度；頂面；位于所述存儲單元寬度范圍內的兩個側面；以及與所述存儲單元相鄰的底面，覆蓋所述第一導體的從一個組中選擇的表面的第一包覆層，所述組由以下各表面構成頂面；兩個側面；以及所述頂面和所述兩個側面；在長度方向橫過所述存儲單元的第二導體，所述第二導體響應流經其中的第二電流而產生第二磁場，所述第二導體包括限定第二截面積的第二寬度和第二厚度；頂面；位于所述存儲單元寬度范圍內的兩個側面；以及與所述存儲單元相鄰的底面，其中，所述第二寬度大體上大于或等于所述存儲單元的所述長度，所述第一和第二磁場合作作用于所述數據層，以便旋轉所述可變磁化取向，其中所述第一厚度被預選成增加所述第一截面積并使所述第一導體的電阻減小，并且其中這樣預選所述第一寬度、使得減小后的第一電流量產生與所述第二磁場合作足以旋轉所述可變磁化取向的第一磁場強度。
11.如權利要求10所述的導體結構，其特征在于所述第一寬度小于標稱寬度，而所述第一厚度大于第一標稱厚度。
12.如權利要求11所述的導體結構，其特征在于所述第一寬度相對于所述標稱寬度按約0.60或更小的倍數縮小，而所述第一厚度相對于所述第一標稱厚度按約1.50或更大的倍數增大。
13.如權利要求10所述的導體結構，其特征在于所述第一導體被分割為多個分隔開并包覆的部分，其中，所述各包覆部分相對于所述存儲單元的所述寬度的位置是從由以下各種情況構成的組中選擇的所有所述各包覆部分都設置在所述存儲單元的所述寬度范圍之內；以及所述各包覆部分中至少一個包覆部分的一小部分不是位于所述存儲單元的所述寬度范圍之內。
14.如權利要求10中所述的導體結構，其特征在于還包括覆蓋所述第二導體的從一個組中選擇的表面的第二包覆層，所述組由以下各表面構成所述頂面；所述兩個側面；以及所述頂面和所述兩個側面，所述第二包覆層增大所述第二磁場，以及其中，所述第二導體的所述兩個側面被設置在所述存儲單元的所述長度范圍之內，并且，所述第二厚度被預選成增加所述第二截面積因而使所述第二導體的電阻減小，其中，這樣預選所述第二寬度、使得減小后的第二電流量產生與所述第一磁場合作足以旋轉所述可變磁化取向的第二磁場強度。
15.如權利要求14所述的導體結構，其特征在于所述第二寬度小于標稱長度，而所述第二厚度大于第二標稱厚度。
16.如權利要求15所述的導體結構，其特征在于所述第二寬度相對于所述標稱長度按約0.60或更小的倍數縮小，而所述第二厚度相對于所述第二標稱厚度按約1.50或更大的倍數增大。
17.如權利要求14所述的導體結構，其特征在于所述第二導體被分割為多個分隔開并包覆的部分，其中，所述各包覆部分相對于所述存儲單元的所述長度的位置是從由以下各種情況構成的組中選擇的所有所述各包覆部分都設置在所述存儲單元的所述長度范圍之內；以及所述各包覆部分中至少一個包覆部分的一小部分不是位于所述存儲單元的所述長度范圍之內。
18.如權利要求17所述的導體結構，其特征在于所述第一導體被分割為多個分隔開并包覆的部分，其中，所述各包覆部分相對于所述存儲單元的所述寬度的位置是從由以下各種情況構成的組中選擇的所有所述各包覆部分都設置在所述存儲單元的所述寬度范圍之內；以及所述各包覆部分中至少一個包覆部分的一小部分不是位于所述存儲單元的所述寬度范圍之內。
全文摘要
本發(fā)明公開一種磁存儲器的導體結構。所述導體結構包括一個或幾個導體，它們的寬度小于導體與存儲單元交叉方向上存儲單元的尺寸。導體的厚度被預選成可減小導體的截面積因而增加導體中的電流密度。由于電流密度的增加，流經導體中的減小的電流就能產生足以旋轉存儲單元數據層中可變磁化取向的磁場?；蛘撸梢酝ㄟ^增加導體的厚度以增加其面積以減小其電阻、并將導體部分地包覆以減小導體周圍的總磁路從而增強磁場，這樣也能減小電流量。
文檔編號G11C11/02GK1453791SQ03122470
公開日2003年11月5日 申請日期2003年4月25日 優(yōu)先權日2002年4月25日
發(fā)明者M·巴塔查里亞, T·C·安東尼 申請人:惠普公司