專(zhuān)利名稱(chēng)：磁存儲(chǔ)器件和磁存儲(chǔ)器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具備包含磁化方向隨外部磁場(chǎng)變化的感磁層的磁阻效應(yīng)元件、同時(shí)利用感磁層的磁化方向的變化來(lái)進(jìn)行信息的記錄、讀出的磁存儲(chǔ)器件及其的制造方法。
背景技術(shù)：
迄今為止，作為在計(jì)算機(jī)或通信裝置等的信息處理裝置中使用的通用存儲(chǔ)器，使用了DRAM(動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)或SRAM(靜態(tài)RAM)等的易失性存儲(chǔ)器。在這些易失性存儲(chǔ)器中，為了保持所存儲(chǔ)的信息，必須不斷地供給電流來(lái)進(jìn)行刷新。此外，由于若切斷電源就會(huì)喪失全部的信息，故除了這些易失性存儲(chǔ)器外，必須設(shè)置非易失性的存儲(chǔ)器作為記錄信息用的手段，例如使用閃速(flash)EEPROM或磁硬盤(pán)裝置等。
在這些非易失性存儲(chǔ)器中，伴隨信息處理的高速化，存取的高速化成為重要的課題。再者，伴隨便攜式信息裝置的快速的普及和高性能化，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)能在任何時(shí)候任何地方進(jìn)行信息處理的所謂的普適計(jì)算的信息裝置的開(kāi)發(fā)正在快速地取得進(jìn)展。作為這樣的信息裝置開(kāi)發(fā)的中心的關(guān)鍵器件，強(qiáng)烈地要求與高速處理對(duì)應(yīng)的非易失性存儲(chǔ)器的開(kāi)發(fā)。
作為在非易失性存儲(chǔ)器的高速化方面有效的技術(shù)，利用沿強(qiáng)磁性層的易磁化軸的磁化方向來(lái)存儲(chǔ)信息的磁存儲(chǔ)元件已知有排列成矩陣狀了的磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(以下稱(chēng)為MRAMMagnetic Random AccessMemory)。在MRAM中，利用2個(gè)強(qiáng)磁性體中的磁化方向的組合來(lái)存儲(chǔ)信息。另一方面，通過(guò)依據(jù)磁化方向相對(duì)于某個(gè)成為基準(zhǔn)的方向?yàn)槠叫械那闆r或?yàn)榉雌叫械那闆r檢測(cè)所產(chǎn)生的電阻變化(即電流或電壓的變化)來(lái)進(jìn)行存儲(chǔ)信息的讀出。因?yàn)橛眠@樣的原理來(lái)工作，故在MRAM中為了進(jìn)行穩(wěn)定的寫(xiě)入和讀出，盡可能增加電阻變化率是重要的。
現(xiàn)在已實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化的MRAM利用了巨磁阻(GMRGiantMagneto-Resistive)效應(yīng)。所謂GMR效應(yīng)，指的是在將2個(gè)磁性層配置成各層的易磁化軸方向互相平行時(shí)在該各層的磁化方向沿易磁化軸為平行的情況下電阻值為最小、為反平行的情況下電阻值為最大值的現(xiàn)象。作為利用了可得到這樣的GMR效應(yīng)的GMR元件的MRAM(以下記為GMR-MRAM)，已知有例如在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中公開(kāi)了的技術(shù)。
最近，以存儲(chǔ)速度或存取速度等的進(jìn)一步的提高為目標(biāo)，提出了具有利用隧道磁阻效應(yīng)(TMRTunneling Magneto-Resistive)的TMR元件的MRAM(以下記為T(mén)MR-MRAM)來(lái)代替GMR-MRAM。TMR效應(yīng)是利用夾住極薄的絕緣層(隧道阻擋層)的2個(gè)強(qiáng)磁性層間的磁化方向的相對(duì)角度使通過(guò)絕緣層流動(dòng)的隧道電流變化的效應(yīng)。2個(gè)強(qiáng)磁性層中的磁化方向在互相平行的情況下電阻值為最小，在互相反平行的情況下電阻值為最大。在TMR-MRAM中，在TMR元件例如為「CoFe/氧化鋁/CoFe」這樣的結(jié)構(gòu)的情況下，電阻變化率高達(dá)約40％，此外，由于電阻值也大，故容易取得與MOSFET等的半導(dǎo)體器件組合了的情況的匹配。因此，與GMR-MRAM相比，容易地得到更高的輸出，能預(yù)期存儲(chǔ)容量或存取速度的提高。在TMR-MRAM中，通過(guò)在作為T(mén)MR元件的附近配置的寫(xiě)入線的導(dǎo)線中流過(guò)電流而發(fā)生電流磁場(chǎng)，利用該磁場(chǎng)使TMR元件的磁性層的磁化方向在規(guī)定的方向上變化，從而存儲(chǔ)信息。作為讀出存儲(chǔ)信息的方法，已知有在與隧道阻擋層垂直的方向上流過(guò)電流并檢測(cè)TMR元件的電阻變化的方法。關(guān)于這樣的TMR-MRAM的技術(shù)，已知有在專(zhuān)利文獻(xiàn)2或?qū)＠墨I(xiàn)3中公開(kāi)了的技術(shù)。
此外，最近，對(duì)作為磁存儲(chǔ)器件的進(jìn)一步的高密度化的要求越來(lái)越高，伴隨于此，也必須實(shí)現(xiàn)TMR元件的微細(xì)化。隨著TMR元件的微細(xì)化的進(jìn)展，由于其兩端部的磁極的反磁場(chǎng)的影響的緣故，為了使存儲(chǔ)信息的磁性層(自由層)中的磁化方向在一定的方向上達(dá)到一致就必須有大的磁場(chǎng)，在信息的寫(xiě)入時(shí)所必要的寫(xiě)入電流存在增大的趨勢(shì)。相對(duì)于該問(wèn)題，提出了具有在TMR元件附近的導(dǎo)線(寫(xiě)入線)的周?chē)c自由層一起形成閉合磁路的結(jié)構(gòu)的磁存儲(chǔ)單元(例如，參照專(zhuān)利文獻(xiàn)4)。按照專(zhuān)利文獻(xiàn)4，由于與記錄有關(guān)的自由層構(gòu)成閉合磁路，故可避免因反磁場(chǎng)引起的不良影響，可實(shí)現(xiàn)集成度高的磁存儲(chǔ)器件。再者，此時(shí)，由于2條寫(xiě)入線這兩者都通過(guò)閉合磁路的內(nèi)側(cè)，故可高效地進(jìn)行磁化的反轉(zhuǎn)。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1美國(guó)專(zhuān)利第5343422號(hào)說(shuō)明書(shū)
專(zhuān)利文獻(xiàn)2美國(guó)專(zhuān)利第5629922號(hào)說(shuō)明書(shū)專(zhuān)利文獻(xiàn)3特開(kāi)平9-91949號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)4特開(kāi)2001-273759號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容但是，具備具有在上述專(zhuān)利文獻(xiàn)4中公開(kāi)了的那樣的閉合磁路結(jié)構(gòu)的磁存儲(chǔ)單元的磁存儲(chǔ)器件的結(jié)構(gòu)與沒(méi)有閉合磁路結(jié)構(gòu)的磁存儲(chǔ)單元的磁存儲(chǔ)器件的結(jié)構(gòu)相比是復(fù)雜的。因此，由于在制造時(shí)必須有更多的工序數(shù)，故希望削減工序數(shù)。
本發(fā)明是鑒于這樣的問(wèn)題而進(jìn)行的，其目的在于提供能高效地利用由流過(guò)導(dǎo)線的電流所形成的磁場(chǎng)以穩(wěn)定地進(jìn)行信息的寫(xiě)入、同時(shí)能更簡(jiǎn)便地制造的磁存儲(chǔ)器件及其制造方法。
本發(fā)明的第1方面的磁存儲(chǔ)器件具備第1寫(xiě)入線；以與該第1寫(xiě)入線交叉的方式延伸的第2寫(xiě)入線；以及磁阻效應(yīng)元件，該磁阻效應(yīng)元件在第1和第2寫(xiě)入線交叉的區(qū)域中具有以包圍第1和第2寫(xiě)入線的方式沿周?chē)较蚺渲玫拇跑椇桶呕较螂S外部磁場(chǎng)而變化的感磁層并與磁軛以磁的方式連結(jié)了的層疊體，第1和第2寫(xiě)入線在被磁軛包圍的區(qū)域中被排列成在第1層內(nèi)互相鄰接。在此，所謂「包圍」，其主旨是，除了以構(gòu)成完全地封閉的環(huán)狀來(lái)包圍的情況外，還包含在一部分呈開(kāi)放的狀態(tài)下不完全地包圍的情況。所謂不完全地包圍，其主旨是包含構(gòu)成棒狀或板狀的情況。此外，所謂「周?chē)较颉?，意味著繞導(dǎo)線的周?chē)姆较?。此外，所謂「外部磁場(chǎng)」，意味著由流過(guò)導(dǎo)線的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)或在磁軛中產(chǎn)生的返流磁場(chǎng)。此外，所謂「互相鄰接地排列」，不限定于第1寫(xiě)入線中的下面和上面與第2寫(xiě)入線中的下面和上面互相分別一致的情況，其主旨是包含第1寫(xiě)入線中的下面和上面與第2寫(xiě)入線中的下面和上面互相處于不同的平面上的情況。但是，第1和第2寫(xiě)入線(在被磁軛包圍的區(qū)域中)具有層疊方向上的互相重疊的部分的情況被除外。
本發(fā)明的第2方面的磁存儲(chǔ)器件具備第1寫(xiě)入線；以與該第1寫(xiě)入線交叉的方式延伸的第2寫(xiě)入線；以及磁存儲(chǔ)單元，磁存儲(chǔ)單元包含一對(duì)磁阻效應(yīng)元件而被構(gòu)成，一對(duì)磁阻效應(yīng)元件在第1和第2寫(xiě)入線交叉的區(qū)域中分別具有以包圍第1和第2寫(xiě)入線的方式沿周?chē)较蚺渲玫拇跑椇桶呕较螂S外部磁場(chǎng)而變化的感磁層并與磁軛以磁的方式連結(jié)了的層疊體，同時(shí)互相共有磁軛的一部分，第1和第2寫(xiě)入線在被磁軛包圍的區(qū)域中被排列成在第1層內(nèi)互相鄰接。
在本發(fā)明的第1和第2方面的磁存儲(chǔ)器件中，由于在被磁軛包圍的區(qū)域中在第1層內(nèi)互相鄰接地排列第1和第2寫(xiě)入線，故在制造時(shí)在被磁軛包圍的區(qū)域中可同時(shí)形成第1和第2寫(xiě)入線。
在本發(fā)明的第2方面的磁存儲(chǔ)器件中，可構(gòu)成為在被一對(duì)磁軛包圍的區(qū)域中的一對(duì)第1寫(xiě)入線或一對(duì)第2寫(xiě)入線中的某一方在被一對(duì)磁軛包圍的區(qū)域以外的區(qū)域中經(jīng)在與第1層內(nèi)不同的第2層內(nèi)設(shè)置的連結(jié)導(dǎo)線互相連結(jié)。此時(shí)，希望在第2層內(nèi)設(shè)置了一對(duì)磁軛的一部分。
此外，在本發(fā)明的第2方面的磁存儲(chǔ)器件中，一對(duì)磁軛可分別具有包含既夾住第1和第2寫(xiě)入線而互相對(duì)置又在與層疊體的層疊面正交的方向上延伸的一對(duì)柱狀磁軛和連結(jié)該一對(duì)柱狀磁軛的各一端相互間的一個(gè)梁狀磁軛而構(gòu)成的、其一部分被開(kāi)放了的剖面形狀，一對(duì)磁阻效應(yīng)元件至少互相共有一對(duì)柱狀磁軛中的一方。此時(shí)，希望在第2層內(nèi)設(shè)置了一個(gè)梁狀磁軛?；蛘撸粚?duì)磁軛也可分別具有包含既夾住第1和第2寫(xiě)入線而互相對(duì)置又在與層疊體的層疊面正交的方向上延伸的一對(duì)柱狀磁軛和連結(jié)一對(duì)柱狀磁軛的各一端相互間的一對(duì)梁狀磁軛而構(gòu)成的、封閉了的剖面形狀，一對(duì)磁阻效應(yīng)元件至少互相共有一對(duì)柱狀磁軛中的一方。此時(shí)，希望在第2層內(nèi)設(shè)置了一對(duì)梁狀磁軛中的某一方。特別是，希望在第2層內(nèi)設(shè)置了一對(duì)梁狀磁軛中的離層疊體遠(yuǎn)的一側(cè)的一方。此外，磁軛中的與層疊體的連結(jié)部分也可兼作感磁層。
本發(fā)明的第1方面的磁存儲(chǔ)器件的制造方法是制造下述的磁存儲(chǔ)器件用的方法，該磁存儲(chǔ)器件具備第1寫(xiě)入線；以與該第1寫(xiě)入線交叉的方式延伸的第2寫(xiě)入線；以及具有包含磁化方向隨外部磁場(chǎng)而變化的感磁層的層疊體和磁軛的磁阻效應(yīng)元件，該方法包含下述工序在設(shè)置了整流元件的基體上形成層疊體的第1工序；形成下部磁軛使其至少覆蓋層疊體的第2工序；在下部磁軛上一并地形成第1和第2寫(xiě)入線使其經(jīng)第1絕緣膜在第1層內(nèi)互相鄰接地排列的第3工序；以及通過(guò)在第1和第2寫(xiě)入線的各自的周?chē)?jīng)第2絕緣膜設(shè)置上部磁軛來(lái)形成以與下部磁軛一起分別包圍第1和第2寫(xiě)入線的方式沿周?chē)较蚺渲玫拇跑椀牡?工序。
本發(fā)明的第2方面的磁存儲(chǔ)器件的制造方法是制造下述的磁存儲(chǔ)器件用的方法，該磁存儲(chǔ)器件具備第1寫(xiě)入線；以與該第1寫(xiě)入線交叉的方式延伸的第2寫(xiě)入線；以及分別具有包含磁化方向隨外部磁場(chǎng)而變化的感磁層的層疊體和磁軛的一對(duì)磁阻效應(yīng)元件，該方法包含下述工序在設(shè)置了一對(duì)整流元件的基體上形成一對(duì)層疊體的第1工序；形成下部磁軛使其至少覆蓋一對(duì)層疊體的第2工序；在下部磁軛上一并地形成一對(duì)第1和第2寫(xiě)入線使其經(jīng)第1絕緣膜在第1層內(nèi)互相鄰接地排列的第3工序；以及通過(guò)在一對(duì)第1和第2寫(xiě)入線的各自的周?chē)?jīng)第2絕緣膜設(shè)置上部磁軛來(lái)形成以與下部磁軛一起分別包圍一對(duì)第1和第2寫(xiě)入線的方式沿周?chē)较蚺渲貌⑶一ハ喙灿幸徊糠值囊粚?duì)磁軛的第4工序。
在本發(fā)明的第1和第2方面的磁存儲(chǔ)器件的制造方法中，由于包含一并地形成一對(duì)第1寫(xiě)入線和第2寫(xiě)入線使其在第1層內(nèi)互相鄰接地排列的工序，故與獨(dú)立地形成第1寫(xiě)入線和第2寫(xiě)入線的情況相比，減少了工序數(shù)。
在本發(fā)明的第2方面的磁存儲(chǔ)器件的制造方法中，還可包含在被磁軛包圍的區(qū)域以外的區(qū)域中的與第1層內(nèi)不同的第2層內(nèi)形成互相連結(jié)在第3工序中形成的一對(duì)第1寫(xiě)入線相互間的連結(jié)導(dǎo)線的第5工序。此時(shí)，希望同時(shí)進(jìn)行第4工序中的上部磁軛的形成和第5工序中的連結(jié)導(dǎo)線的形成。
按照本發(fā)明的第1和第2方面的磁存儲(chǔ)器件，由于在被磁軛包圍的區(qū)域中在第1層內(nèi)互相鄰接地排列第1和第2寫(xiě)入線，故在制造時(shí)可作成能用更少的工序數(shù)形成的結(jié)構(gòu)。
按照本發(fā)明的磁存儲(chǔ)器件的制造方法，由于包含在下部磁軛上一并地形成一對(duì)第1和第2寫(xiě)入線使其經(jīng)第1絕緣膜在第1層內(nèi)互相鄰接地排列的第3工序，故在被磁軛包圍的區(qū)域中可同時(shí)形成全部的第1和第2寫(xiě)入線，可謀求制造工序的簡(jiǎn)化。


圖1是示出與本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施形態(tài)有關(guān)的磁存儲(chǔ)器件的整體結(jié)構(gòu)的框圖。
圖2是示出圖1中示出的磁存儲(chǔ)器件的寫(xiě)入線的結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖3是示出圖1中示出的磁存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)單元組的主要部分的結(jié)構(gòu)的局部平面圖。
圖4是示出圖1中示出的磁存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)單元組的主要部分的斜視結(jié)構(gòu)的斜視圖。
圖5是示出圖3中示出的磁存儲(chǔ)單元的沿V-V線的剖面的向視方向的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖6是將圖5中示出的磁存儲(chǔ)單元概念性地分解為2個(gè)TMR元件而示出的剖面圖。
圖7是示出圖1中示出的磁存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)單元組的主要部分的結(jié)構(gòu)的另一局部平面圖。
圖8是示出圖7中示出的存儲(chǔ)單元的沿VIII-VIII線的剖面的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖9是示出圖1中示出的磁存儲(chǔ)器件的電路結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖10(A)是表示圖5中示出的磁存儲(chǔ)單元的的剖面結(jié)構(gòu)中的寫(xiě)入電流方向與返流磁場(chǎng)方向(磁化方向)的關(guān)系的第1說(shuō)明圖。
圖10(B)是表示圖5中示出的磁存儲(chǔ)單元的的剖面結(jié)構(gòu)中的寫(xiě)入電流方向與返流磁場(chǎng)方向(磁化方向)的關(guān)系的第2說(shuō)明圖。
圖11(A)是圖9中示出的電路結(jié)構(gòu)中的第1部分放大圖。
圖11(B)是圖9中示出的電路結(jié)構(gòu)中的第2部分放大圖。
圖12是表示圖1中示出的磁存儲(chǔ)器件的制造方法中的一個(gè)工序的放大剖面圖。
圖13是表示緊接著圖12之后的一個(gè)工序的放大剖面圖。
圖14是表示緊接著圖13之后的一個(gè)工序的放大剖面圖。
圖15是表示緊接著圖14之后的一個(gè)工序的放大剖面圖。
圖16是表示緊接著圖15之后的一個(gè)工序的放大剖面圖。
圖17是表示緊接著圖16之后的一個(gè)工序的放大剖面圖。
圖18是表示緊接著圖17之后的一個(gè)工序的放大剖面圖。
圖19是表示緊接著圖18之后的一個(gè)工序的放大剖面圖。
圖20是表示作為圖1中示出的磁存儲(chǔ)器件中的第1變例的主要部分的斜視結(jié)構(gòu)的斜視圖。
圖21是表示作為圖1中示出的磁存儲(chǔ)器件中的第2變例的主要部分的剖面結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖22是表示作為圖1中示出的磁存儲(chǔ)器件中的第3變例的主要部分的剖面結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖23是表示作為圖1中示出的磁存儲(chǔ)器件中的第4變例的主要部分的剖面結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖24是表示作為圖1中示出的磁存儲(chǔ)器件中的第5變例的主要部分的剖面結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖25是表示作為圖1中示出的磁存儲(chǔ)器件中的第6變例的主要部分的剖面結(jié)構(gòu)的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。
首先，參照?qǐng)D1～圖9說(shuō)明與本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施形態(tài)有關(guān)的磁存儲(chǔ)器件的結(jié)構(gòu)。圖1是表示本實(shí)施形態(tài)的磁存儲(chǔ)器件的整體結(jié)構(gòu)的概念圖。本實(shí)施形態(tài)的磁存儲(chǔ)器件具備地址緩沖器51；數(shù)據(jù)緩沖器52；控制邏輯部53；存儲(chǔ)單元組54；第1驅(qū)動(dòng)控制電路部56；第2驅(qū)動(dòng)控制電路部58；外部地址輸入端子A0～A20；以及外部數(shù)據(jù)端子D0～D7。
存儲(chǔ)單元組54具有在互相正交的字線方向(X方向)和位線方向(Y方向)上排列了多個(gè)具備一對(duì)隧道磁阻效應(yīng)元件(以下稱(chēng)為T(mén)MR元件)的存儲(chǔ)單元1的矩陣結(jié)構(gòu)。存儲(chǔ)單元1是在磁存儲(chǔ)器件中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的最小單位，是與本發(fā)明中的「磁存儲(chǔ)單元」對(duì)應(yīng)的一個(gè)具體例。后面詳細(xì)地?cái)⑹龃鎯?chǔ)單元1。
第1驅(qū)動(dòng)控制電路部56具有Y方向地址譯碼電路56A、讀出放大電路56B和電流驅(qū)動(dòng)電路56C，第2驅(qū)動(dòng)控制電路部58具有X方向地址譯碼電路58A、恒定電流電路58B和電流驅(qū)動(dòng)電路58C。
地址譯碼電路56A、58A選擇與已被輸入的地址信號(hào)對(duì)應(yīng)的后述的字譯碼線72(后述)和位譯碼線71(后述)。讀出放大電路56B和恒定電流電路58B是在進(jìn)行讀出工作時(shí)驅(qū)動(dòng)的電路，電流驅(qū)動(dòng)電路56C、58C是在進(jìn)行寫(xiě)入工作時(shí)驅(qū)動(dòng)的電路。
利用在讀出工作時(shí)讀出電流流過(guò)的多條位譯碼線71連接了讀出放大電路56B與存儲(chǔ)單元組54。同樣，利用在讀出工作時(shí)讀出電流流過(guò)的多條字譯碼線72連接了恒定電流電路58B與存儲(chǔ)單元組54。
經(jīng)在寫(xiě)入工作時(shí)成為必要的寫(xiě)入位線5(后述)連接了Y方向電流驅(qū)動(dòng)電路56C與存儲(chǔ)單元組54。同樣，經(jīng)在寫(xiě)入工作時(shí)成為必要的寫(xiě)入字線6(后述)連接了X方向電流驅(qū)動(dòng)電路58C與存儲(chǔ)單元組54。
地址緩沖器51具備外部地址輸入端子A0～A20，同時(shí)經(jīng)Y方向地址線57、X方向地址線55連接到第1驅(qū)動(dòng)控制電路部56內(nèi)的Y方向地址譯碼電路56A、第2驅(qū)動(dòng)控制電路部58內(nèi)的X方向地址譯碼電路58A上。該地址緩沖器51從外部地址輸入端子A0～A20取入來(lái)自外部的地址信號(hào)，利用在內(nèi)部具備的緩沖放大器(未圖示)在Y方向地址譯碼電路56A、X方向地址譯碼電路58A中放大到成為必要的電壓電平。再者，地址緩沖器51將該已放大的地址信號(hào)分成2個(gè)信號(hào)，起到經(jīng)Y方向地址線57輸出給Y方向地址譯碼電路56A、同時(shí)經(jīng)X方向地址線55輸出給X方向地址譯碼電路58A的功能。
數(shù)據(jù)緩沖器52由輸入緩沖器52A和輸出緩沖器52B構(gòu)成，在具備外部數(shù)據(jù)端子D0～D7的同時(shí)，與控制邏輯部53連接，利用來(lái)自控制邏輯部53的輸出控制信號(hào)53A來(lái)工作。輸入緩沖器52A經(jīng)Y方向和X方向?qū)懭胗脭?shù)據(jù)總線61、60分別連接到第1驅(qū)動(dòng)控制電路部56內(nèi)的Y方向電流驅(qū)動(dòng)電路56C、第2驅(qū)動(dòng)控制電路部58內(nèi)的X方向電流驅(qū)動(dòng)電路58C上，在進(jìn)行對(duì)存儲(chǔ)單元組54的寫(xiě)入工作時(shí)，取入外部數(shù)據(jù)端子D0～D7的信號(hào)電壓，在利用內(nèi)部緩沖放大器(未圖示)放大到成為必要的電壓電平后，起到經(jīng)X方向?qū)懭胗脭?shù)據(jù)總線60和Y方向?qū)懭胗脭?shù)據(jù)總線61傳遞給X方向電流驅(qū)動(dòng)電路58C、Y方向電流驅(qū)動(dòng)電路56C的功能。輸出緩沖器52B經(jīng)Y方向讀出用數(shù)據(jù)總線62連接到讀出放大電路56B上，在讀出在存儲(chǔ)單元組54中已被存儲(chǔ)的信息信號(hào)時(shí)，利用在內(nèi)部具備的緩沖放大器(未圖示)放大了從讀出放大電路56B輸入的信息信號(hào)后，起到以低阻抗輸出給外部數(shù)據(jù)端子D0～D7的功能。
控制邏輯部53具備芯片選擇端子CS和寫(xiě)啟動(dòng)端子WE，連接到數(shù)據(jù)緩沖器52上。該控制邏輯部53取入來(lái)自從多個(gè)存儲(chǔ)單元組54中選擇成為讀出和寫(xiě)入對(duì)象的芯片選擇端子CS的信號(hào)電壓和來(lái)自具有輸出寫(xiě)入許可信號(hào)的功能的寫(xiě)啟動(dòng)端子WE的信號(hào)電壓，具有向數(shù)據(jù)緩沖器52輸出輸出控制信號(hào)53A的功能。
其次，說(shuō)明圖1中示出的磁存儲(chǔ)器件中與信息的寫(xiě)入工作有關(guān)的結(jié)構(gòu)。
圖2是表示與存儲(chǔ)單元組54中的寫(xiě)入工作有關(guān)的主要部分平面結(jié)構(gòu)的概念圖。如圖2中所示，本實(shí)施形態(tài)的磁存儲(chǔ)器件包含多條寫(xiě)入位線5a、5b和分別與該多條寫(xiě)入位線5a、5b交叉地延伸的多條寫(xiě)入字線6，在寫(xiě)入位線5a、5b與寫(xiě)入字線6交叉的各區(qū)域中構(gòu)成為具有這些寫(xiě)入位線5a、5b和寫(xiě)入字線6互相平行地延伸的平行部分10a、10b。具體地說(shuō)，如圖2中所示，寫(xiě)入字線6以矩形波狀沿X方向延伸，另一方面，寫(xiě)入位線5a和寫(xiě)入位線5b交替地排列，以直線狀沿Y方向延伸。寫(xiě)入字線6中的矩形波狀的上升部分和下降部分與寫(xiě)入位線5a、5b一起形成了多個(gè)平行部分10a、10b。在寫(xiě)入位線5a、5b與寫(xiě)入字線6交叉的各區(qū)域中設(shè)置了存儲(chǔ)單元1，以便包含各自的平行部分10a、10b的至少一部分。存儲(chǔ)單元1由TMR元件1a和TMR元件1b構(gòu)成，在寫(xiě)入位線5a與寫(xiě)入字線6交叉的各區(qū)域中設(shè)置了TMR元件1a，而在寫(xiě)入位線5b與寫(xiě)入字線6交叉的各區(qū)域中設(shè)置了另一方的TMR元件1b。在此，TMR元件1a和TMR元件1b是與本發(fā)明的「一對(duì)磁阻效應(yīng)元件」對(duì)應(yīng)的一個(gè)具體例。
在寫(xiě)入位線5a、5b和寫(xiě)入字線6中分別流過(guò)來(lái)自Y方向電流驅(qū)動(dòng)電路56C、X方向電流驅(qū)動(dòng)電路58C的電流。在此，流過(guò)寫(xiě)入位線5a的電流與流過(guò)寫(xiě)入位線5b的電流的方向必定是彼此相反的，例如，在圖2中用箭頭所示，在將寫(xiě)入位線5a的電流方向定為+Y的情況下，寫(xiě)入位線5b的電流方向?yàn)?Y。因而，此時(shí)，如果將流過(guò)寫(xiě)入字線6的電流的方向作為整體為+X方向(紙面上從左至右)，則流過(guò)TMR元件1a的內(nèi)部的寫(xiě)入位線5a和寫(xiě)入字線6的電流方向是互相平行的。關(guān)于流過(guò)另一方的TMR元件1b的內(nèi)部的寫(xiě)入位線5b和寫(xiě)入字線6的電流方向，也是互相平行的。再有，以下在沒(méi)有必要特別區(qū)別電流方向的情況下，將寫(xiě)入位線5a、5b單單表示為寫(xiě)入位線5。此外，寫(xiě)入字線6是與本發(fā)明的「第1寫(xiě)入線」對(duì)應(yīng)的一個(gè)具體例，寫(xiě)入位線5是與本發(fā)明的「第2寫(xiě)入線」對(duì)應(yīng)的一個(gè)具體例。
圖3更具體地表示作為圖2中示出的概念圖的存儲(chǔ)單元組54的主要部分的平面結(jié)構(gòu)。圖3中示出的寫(xiě)入位線5a、5b、寫(xiě)入字線6和存儲(chǔ)單元1(TMR元件1a、1b)與圖2相對(duì)應(yīng)。在寫(xiě)入位線5a、5b與寫(xiě)入字線6的平行部分10a、10b中配置了TMR元件1a、1b。TMR元件1a、1b分別具備包含感磁層的層疊體S20a、S20b和磁軛4a、4b，感磁層的磁化方向隨著由流過(guò)平行部分10a、10b中的寫(xiě)入位線5a、5b和寫(xiě)入字線6這兩者的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)(即，在磁軛4a、4b中是外部磁場(chǎng))而變化。寫(xiě)入字線6包含在與寫(xiě)入位線5a、5b為同一層內(nèi)(后述的第1層內(nèi)L1)設(shè)置的第1層部分6F和在與其不同的第2層內(nèi)L2(后述)形成的第2層部分6S這2個(gè)層部分而被構(gòu)成。利用由鋁(Al)或銅(Cu)等的導(dǎo)電材料構(gòu)成的連接層6T(在圖3中未圖示)導(dǎo)電性地連接了第1層部分6F與第2層部分5S。由此，寫(xiě)入字線6沿X方向跨過(guò)在Y方向上延伸的寫(xiě)入位線5a、5b，作為整體，具有作為在X方向上延伸的1條導(dǎo)線的功能。此時(shí)，在包含同一XY平面的第1層內(nèi)L1中設(shè)置了平行部分10a、10b中的寫(xiě)入位線5a、5b和寫(xiě)入字線6中的第1層部分6F，互相在導(dǎo)電性方面進(jìn)行了絕緣。在此，第2層部分6S是與本發(fā)明的「連結(jié)導(dǎo)線」對(duì)應(yīng)的一個(gè)具體例。
在各寫(xiě)入位線5的兩端分別設(shè)置了寫(xiě)入位線引出電極47。各寫(xiě)入位線引出電極47的一方分別連接到Y(jié)方向電流驅(qū)動(dòng)電路56C上，另一方連接成最終接地。同樣，在各寫(xiě)入字線6的兩端分別設(shè)置了寫(xiě)入字線引出電極46。各寫(xiě)入字線引出電極46的一方分別連接到X方向電流驅(qū)動(dòng)電路58C上，另一方連接成最終接地。
圖4是存儲(chǔ)單元1的放大斜視圖。圖5是表示圖3中示出的V-V切斷線的向視方向中的存儲(chǔ)單元1的概略剖面結(jié)構(gòu)的圖。再者，圖6是概念性地分解成TMR元件1a和TMR元件1b、圖示了圖5中示出的存儲(chǔ)單元1的圖。再有，圖5和圖6是使細(xì)節(jié)部分的結(jié)構(gòu)變得明白用的概略圖，與圖4中示出的存儲(chǔ)單元1的尺寸比和形狀不一定一致。
如圖4～圖6中所示，存儲(chǔ)單元1具備一對(duì)分別具有磁軛4a、4b和層疊體S20a、S20b的TMR元件1a、1b。將寫(xiě)入位線5a、5b和寫(xiě)入字線6(第1層部分6F)排列成在被磁軛4a、4b包圍的區(qū)域中在與層疊體S20a、S20b的層疊面平行的第1層內(nèi)L1中互相鄰接(圖5)。寫(xiě)入字線6(第1層部分6F)、寫(xiě)入位線5a、5b和磁軛4a、4b經(jīng)絕緣膜7a、7b互相導(dǎo)電性地絕緣。在磁軛4a、4b的外側(cè)表面中在與寫(xiě)入字線6(第1層部分6F)和寫(xiě)入位線5a、5b的排列方向平行的一個(gè)面上形成了層疊體S20a、S20b。層疊體S20a、S20b與在Z方向上在與磁軛4a、4b相反一側(cè)形成的導(dǎo)電層36a、36b(后述)導(dǎo)電性地連接。一對(duì)導(dǎo)電層36a、36b構(gòu)成一對(duì)肖特基二極管75a、75b(后述)的一部分，該肖特基二極管75a、75b的另一端與在Y方向上延伸的讀出位線33a、33b(后述)連接。在基體31(后述)中埋置了肖特基二極管75a、75b。此外，在磁軛4a、4b的與形成了層疊體S20a、S20b的面相反一側(cè)的面上在X方向上延伸地設(shè)置了讀出字線32。
存儲(chǔ)單元1中的TMR元件1a與寫(xiě)入位線5a和寫(xiě)入字線6的交叉的區(qū)域(平行部分10a)對(duì)應(yīng)地被配置，具有以包圍寫(xiě)入位線5a和第1層部分6F的周?chē)姆绞窖刂車(chē)较蚺渲玫拇跑?a和包含作為磁化方向隨外部磁場(chǎng)變化的感磁層的第2磁性層8a并與磁軛4a以磁的方式連結(jié)、同時(shí)被構(gòu)成為在與層疊面垂直的方向上流過(guò)電流的層疊體S20a，另一方的TMR元件1b與寫(xiě)入位線5b和寫(xiě)入字線6的交叉的區(qū)域(平行部分10b)對(duì)應(yīng)地被配置，具有以包圍寫(xiě)入位線5b和第1層部分6F的周?chē)姆绞窖刂車(chē)较蚺渲玫拇跑?b和包含作為磁化方向隨外部磁場(chǎng)變化的感磁層的第2磁性層8b并與磁軛4b以磁的方式連結(jié)、同時(shí)被構(gòu)成為在與層疊面垂直的方向上流過(guò)電流的層疊體S20b。該一對(duì)TMR元件1a、1b互相共有作為磁軛4a、4b的一部分的共有部分34。
如圖5和圖6中所示，層疊體S20a、S20b從磁軛4a、4b一側(cè)起依次包含第2磁性層8a、8b、隧道阻擋層3a、3b、和磁化方向被固定了的第1磁性層2a、2b，是被構(gòu)成為在與層疊面垂直的方向上流過(guò)電流的TMR膜。在圖5和圖6中，為了使層疊體S20a、S20b的結(jié)構(gòu)變得明白，使它們的尺寸與周?chē)啾认鄬?duì)地變大，夸張地表示。作為感磁層(也稱(chēng)為磁自由層)的第2磁性層8a、8b與構(gòu)成磁軛4a、4b的一部分的連結(jié)部分14a、14b互相以磁的方式進(jìn)行交換耦合。
如果使一對(duì)TMR元件1a、1b的磁化方向在彼此反平行的方向上反轉(zhuǎn)，則在共有部分34中由寫(xiě)入位線5a、5b和寫(xiě)入字線6產(chǎn)生的電流磁場(chǎng)為同一方向，磁通密度增大。因此，可更高效地利用電流磁場(chǎng)，可進(jìn)一步減小為使磁軛4a、4b和第2磁性層8a、8b的磁化反轉(zhuǎn)所必要的電流。此外，由于共有磁軛4的一部分，故可容易地形成一對(duì)TMR元件1a、1b，同時(shí)可縮小存儲(chǔ)單元1的形成面積，可實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)信息的大容量化。
對(duì)于層疊體S20a、S20b來(lái)說(shuō)，如果在第1磁性層2a、2b與第2磁性層8a、8b之間施加與層疊面垂直的方向的電壓，則例如第1磁性層2a、2b的電子穿透隧道阻擋層3a、3b移動(dòng)到第2磁性層8a、8b中而流過(guò)隧道電流。該隧道電流根據(jù)與隧道阻擋層3的界面部分中的第1磁性層2a、2b的自旋與第2磁性層8a、8b的自旋的相對(duì)的角度而變化。即，在第1磁性層2a、2b的自旋與第2磁性層8a、8b的自旋為互相平行的情況下，電阻值為最小，在反平行的情況下，電阻值為最大。使用這些電阻值，磁阻變化率(MR比)如式(1)那樣被定義。
(MR比)＝dR/R......(1)在此，「dR」是自旋互相平行的情況與反平行的情況的電阻值之差，「R」是自旋互相平行的情況的電阻值。
對(duì)于隧道電流的電阻值(以下，稱(chēng)為隧道電阻Rt)強(qiáng)烈地依賴(lài)于隧道阻擋層3的膜厚T。隧道電阻Rt在低電壓區(qū)域中，如式(2)中所示，相對(duì)于隧道阻擋層3的膜厚T以指數(shù)函數(shù)的方式增加。
Rt∝e×p(2+T)，+＝{8δ2m*(δ·Ef)0.5}/h……(2)在此，「δ」表示阻擋層高度，「m*」表示電子的有效質(zhì)量，「Ef」表示費(fèi)密能量，h表示普朗克常數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，在使用了TMR元件的存儲(chǔ)元件中，為了謀求與晶體管等的半導(dǎo)體器件的匹配，使隧道電阻Rt為幾十kΩ·(im)2是適當(dāng)?shù)摹５?，為了謀求磁存儲(chǔ)器件中的高密度化和工作的高速化，最好使隧道電阻Rt為10kΩ·(im)2以下，更為理想的是1kΩ·(im)2以下。因而，為了實(shí)現(xiàn)上述的隧道電阻Rt，希望使隧道阻擋層3的厚度T為2nm以下，更為理想的是1.5nm以下。
通過(guò)減薄隧道阻擋層3a、3b的厚度T，可減少隧道電阻Rt，另一方面，由于產(chǎn)生起因于第1磁性層2a、2b與第2磁性層8a、8b的接合界面的凹凸的漏泄電流，故MR比下降了。為了防止這一點(diǎn)，對(duì)于隧道阻擋層3a、3b的厚度T來(lái)說(shuō)，必須有不流過(guò)漏泄電流的程度的厚度，具體地說(shuō)，希望是0.3nm以上的厚度。
層疊體S20a、S20b具有矯頑力差分型結(jié)構(gòu)，希望構(gòu)成為第1磁性層2a、2b的矯頑力比第2磁性層8a、8b的矯頑力大。具體地說(shuō)，希望第1磁性層的矯頑力比(50/4δ)×103A/m大，特別是希望是(100/4δ)×103A/m以上。這是因?yàn)?，通過(guò)這樣做，可防止第1磁性層2a、2b中的磁化方向受到外部干擾磁場(chǎng)等的不需要的磁場(chǎng)的影響。第1磁性層2a、2b例如由5nm厚度的鈷鐵合金(CoFe)構(gòu)成。除此以外，也可將單質(zhì)的鈷(Co)、鈷鉑合金(CoPt)、鎳鐵鈷合金(NiFeCo)等應(yīng)用于第1磁性層2a、2b。第2磁性層8a、8b由單質(zhì)的鈷(Co)、鈷鐵合金(CoFe)、鈷鉑合金(CoPt)、鎳鐵合金(NiFe)或鎳鐵鈷合金(NiFeCo)等構(gòu)成。此外，由于第1磁性層2a、2b和第2磁性層8a、8b的易磁化軸在第1磁性層2a、2b和第2磁性層8a、8b的磁化方向?yàn)榛ハ嗥叫谢蚍雌叫械臓顟B(tài)下變得穩(wěn)定，故希望是平行的狀態(tài)。
磁軛4a、4b以環(huán)狀包圍寫(xiě)入位線5a、5b和寫(xiě)入字線6中的平行部分10a、10b的至少一部分的的方式延伸，被構(gòu)成為利用流過(guò)該平行部分10a、10b的電流在磁軛4a、4b的內(nèi)部產(chǎn)生返流磁場(chǎng)。更詳細(xì)地說(shuō)，如圖6中所示，磁軛4a包含既夾住寫(xiě)入位線5a和第1層部分6F而互相對(duì)置又在與層疊體S20a的層疊面正交的方向(Z方向)上延伸的一對(duì)柱狀磁軛42a(421、422)、連結(jié)該一對(duì)柱狀磁軛42a(421、422)的層疊體S20a一側(cè)的各一端相互間的第1梁狀磁軛41a和連結(jié)一對(duì)柱狀磁軛42a(421、422)的另一方的各一端相互間的第2梁狀磁軛4 3a而被構(gòu)成，具有封閉的剖面形狀。另一方的磁軛4b包含既夾住寫(xiě)入位線5b和第1層部分6F而互相對(duì)置又在與層疊體S20b的層疊面正交的方向(Z方向)上延伸的一對(duì)柱狀磁軛42b(422、423)、連結(jié)該一對(duì)柱狀磁軛42b(422、423)的層疊體S20b一側(cè)的各一端相互間的第1梁狀磁軛41b和連結(jié)一對(duì)柱狀磁軛42b(422、423)的另一方的各一端相互間的第2梁狀磁軛43b而被構(gòu)成，仍具有封閉的剖面形狀。第1梁狀磁軛41a具有固有區(qū)域411和共有區(qū)域412，另一方的第1梁狀磁軛41b具有固有區(qū)域413和共有區(qū)域412。一對(duì)柱狀磁軛42a具有固有柱狀磁軛421和共有柱狀磁軛422，另一方的一對(duì)柱狀磁軛42b具有固有柱狀磁軛423和共有柱狀磁軛422。第2梁狀磁軛43a具有固有區(qū)域431和共有區(qū)域432，另一方的第2梁狀磁軛43b具有固有區(qū)域433和共有區(qū)域432。TMR元件1a和TMR元件1b互相共有第1梁狀磁軛41a、41b的共有區(qū)域412，柱狀磁軛42a、42b的共有柱狀磁軛422和第2梁狀磁軛43a、43b的共有區(qū)域432。如圖5中所示，形成了共有部分34。在與第2層部分6S相同的第2層內(nèi)L2中設(shè)置了第2梁狀磁軛43a、43b。
對(duì)于這樣的磁軛4a、4b，利用在其內(nèi)部產(chǎn)生的上述返流磁場(chǎng)使各自的磁化方向反轉(zhuǎn)。此時(shí)，主要是第2磁性層8a、8b起到存儲(chǔ)信息的存儲(chǔ)層的功能。磁軛4a、4b例如由包含鎳(Ni)、鐵(Fe)和鈷(Co)中的至少1種金屬構(gòu)成，第2磁性層8a、8b具有比磁軛4a、4b大的矯頑力。因此，在寫(xiě)入位線5a、5b和寫(xiě)入字線6中不流過(guò)寫(xiě)入電流的狀態(tài)(非寫(xiě)入工作狀態(tài))下，即使是磁軛4a、4b的磁化方向因不需要的外部磁場(chǎng)而變得不穩(wěn)定的情況，第2磁性層8a、8b的磁化方向也不受到其影響而穩(wěn)定地被保持。
此外，希望構(gòu)成為磁軛4a、4b中的連結(jié)部分14a、14b的矯頑力在(100/4δ)×103A/m以下的范圍內(nèi)比第1磁性層2a、2b的矯頑力小。這是因?yàn)?，在超過(guò)(100/4δ)×103A/m那樣的矯頑力中，由于起因于寫(xiě)入電流的增大的發(fā)熱的緣故，存在產(chǎn)生作為T(mén)MR膜的層疊體S20a、S20b本身的性能惡化的可能性。再者，如果連結(jié)部分14a、14b的矯頑力與第1磁性層2a、2b的矯頑力為同等以上，則寫(xiě)入電流增大，使作為磁化固定層的第1磁性層2a、2b的磁化方向變化，破壞了作為存儲(chǔ)元件的層疊體S20a、S20b。此外，為了使由寫(xiě)入位線5a、5b和寫(xiě)入字線6產(chǎn)生的電流磁場(chǎng)集中于磁軛4a、4b，最好使磁軛4a、4b的導(dǎo)磁率更大。具體地說(shuō)，為2000以上，更為理想的是6000以上。
寫(xiě)入位線5a、5b和第1層部分6F都具有例如依次層疊了10nm厚的鈦(Ti)、10nm厚的氮化鈦(TiN)和500nm厚的鋁(Al)的結(jié)構(gòu)。此外，第2層部分6S和連接層6T由與磁軛4a、4b為相同種類(lèi)的、例如NiFe構(gòu)成。寫(xiě)入位線5和寫(xiě)入字線6不限于上述的結(jié)構(gòu)，例如，也可由鋁(Al)、銅(Cu)和鎢(W)中的至少1種構(gòu)成。后面詳細(xì)地?cái)⑹鰧?duì)于使用這些寫(xiě)入位線5和寫(xiě)入字線6的存儲(chǔ)單元1的寫(xiě)入工作的細(xì)節(jié)。
如上所述，對(duì)于本實(shí)施形態(tài)的磁存儲(chǔ)器件來(lái)說(shuō)，由于在被磁軛4a、4b包圍的區(qū)域中在與層疊體S20a、S20b的層疊面平行的第1層內(nèi)L1中互相鄰接地排列了寫(xiě)入位線5a、5b和寫(xiě)入字線6，故在層疊方向上成為更簡(jiǎn)便的結(jié)構(gòu)。
其次，參照?qǐng)D7和圖8，說(shuō)明圖1中示出的磁存儲(chǔ)器件中的與信息讀出工作有關(guān)的結(jié)構(gòu)。圖7表示與存儲(chǔ)單元組54中的讀出工作有關(guān)的主要部分的平面結(jié)構(gòu)，是與圖3對(duì)應(yīng)的圖。圖8表示圖7中示出的XIII-XIII切斷線中的向視方向的剖面結(jié)構(gòu)。
如圖7中所示，在XY平面中的多條讀出字線32與多條讀出位線33a、33b的各交叉點(diǎn)上逐一地配置了各存儲(chǔ)單元1。在此，處于存儲(chǔ)單元1的下表面的層疊體S20a、S20b經(jīng)一對(duì)肖特基二極管75a、75b與一對(duì)讀出位線33a、33b相接，上表面(與層疊體S20a、S20b相反一側(cè))與讀出字線32相接。讀出位線33a、33b對(duì)各存儲(chǔ)單元1中的一對(duì)TMR元件1a、1b分別供給讀出電流，另一方的讀出字線32使分別流過(guò)TMR元件1a、1b的讀出電流引導(dǎo)到接地。在各讀出位線33的兩端分別設(shè)置了讀出位線引出電極49。另一方面，在各讀出字線32的兩端分別設(shè)置了讀出字線引出電極48。
如圖8中所示，將本實(shí)施形態(tài)的磁存儲(chǔ)器件構(gòu)成為在包含存儲(chǔ)單元1的區(qū)域中在設(shè)置了具有整流元件的功能的肖特基二極管75(以下單單成為二極管75)的基體31上依次形成一對(duì)層疊體S20a、S20b和磁軛4a、4b。
一對(duì)二極管75a、75b從層疊體S20a、S20b一側(cè)起依次具有導(dǎo)電層36a、36b、外延層37和襯底38，在該導(dǎo)電層36a、36b與外延層37之間形成了肖特基勢(shì)壘。導(dǎo)電層36a、36b在與外延層37相反一側(cè)的面的一部分中與層疊體S20a、S20b相接，除此以外的部分被絕緣層31A和絕緣層17A包圍。二極管5a和二極管5b被構(gòu)成為夾住層疊體S20a、S20b與環(huán)狀磁性層4連接，除此以外沒(méi)有導(dǎo)電性的連結(jié)部分。襯底38是n型硅晶片。一般來(lái)說(shuō)，在n型硅晶片中進(jìn)行了磷(P)的雜質(zhì)擴(kuò)散，作為襯底38，使用了利用磷的高濃度擴(kuò)散而成為n++型的襯底。與此不同，對(duì)于外延層37來(lái)說(shuō)，以低濃度擴(kuò)散了磷而成為n-型。通過(guò)使作為該n-型的半導(dǎo)體的外延層37與由金屬構(gòu)成的導(dǎo)電層36a、36b接觸，產(chǎn)生能帶間隙，形成肖特基勢(shì)壘。再者，一對(duì)二極管75a、75b分別經(jīng)連接層33T與讀出位線33a、33b連接。
其次，參照?qǐng)D9，說(shuō)明與本實(shí)施形態(tài)的磁存儲(chǔ)器件中的讀出工作有關(guān)的電路結(jié)構(gòu)。
圖9是由存儲(chǔ)單元組54及其讀出電路構(gòu)成的電路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。該讀出電路系統(tǒng)是其存儲(chǔ)單元1由一對(duì)TMR元件1a、1b構(gòu)成的差分放大型的系統(tǒng)。在此，將分別流過(guò)TMR元件1a、1b的讀出電流(從讀出位線33a、33b分別流入到TMR元件1a、1b并流出到共同的讀出字線32的電流)的差分值作為輸出來(lái)進(jìn)行各存儲(chǔ)單元1的信息的讀出。
在圖9中，存儲(chǔ)單元組54的每個(gè)位列的存儲(chǔ)單元1和包含讀出放大電路56B的讀出電路的一部分構(gòu)成了作為讀出電路的重復(fù)單位的單位讀出電路80(...、80n、80n+1、...)，在位列方向上并列地進(jìn)行了配置。單位讀出電路80n的每一個(gè)電路分別經(jīng)位譯碼線71(...、71n、71n+1、...)連接到Y(jié)方向地址譯碼電路56A上，經(jīng)Y方向讀出用數(shù)據(jù)總線62連接到輸出緩沖器52B上。
在存儲(chǔ)單元組54中利用在X方向上排列的讀出字線32(...、32m、32m+1、...)和在Y方向上排列的一對(duì)讀出位線33a、33b進(jìn)行了矩陣狀的布線。在被一對(duì)讀出位線33a、33b夾住的區(qū)域中的與讀出字線32的交叉位置上配置了各存儲(chǔ)單元1。各存儲(chǔ)單元1中的TMR元件1a、1b的各自的一端經(jīng)一對(duì)二極管75a、75b連接到讀出位線33a、33b上，各自的另一端連接到共同的讀出字線32上。
各讀出字線32的一端分別經(jīng)讀出字線引出電極48與各讀出開(kāi)關(guān)83(...、83m、83m+1、...)連接，進(jìn)而連接到共同的恒定電流電路58B上。各讀出開(kāi)關(guān)83分別經(jīng)字譯碼線72(...、72m、72m+1、...)與X方向地址譯碼電路58A連接，被構(gòu)成為如果輸入來(lái)自X方向地址譯碼電路58A的選擇信號(hào)就導(dǎo)通。恒定電流電路58B具有使流過(guò)讀出字線32的電流為恒定的功能。
各讀出位線33的一端經(jīng)讀出位線引出電極49分別連接到讀出放大電路56B上，另一端最終分別接地。對(duì)于每個(gè)單位讀出電路80設(shè)置1個(gè)讀出放大電路56B，具有在各單位讀出電路80中取入一對(duì)讀出位線33a、33b之間的電位差并放大該電位差的功能。各讀出放大電路56B分別連接到輸出線82(...、82n、82n+1、...)上，最終利用Y方向讀出用數(shù)據(jù)總線62連接到輸出緩沖器52B上。
其次，說(shuō)明本實(shí)施形態(tài)的磁存儲(chǔ)器件中的工作。
首先，參照?qǐng)D2、圖10(A)和圖10(B)，說(shuō)明在存儲(chǔ)單元1中的信息的寫(xiě)入工作。圖10(A)、圖10(B)是表示圖5中示出的存儲(chǔ)單元1的剖面結(jié)構(gòu)中的寫(xiě)入電流方向與返流磁場(chǎng)方向(磁化方向)的關(guān)系的圖。在圖10(A)、圖10(B)中在各磁性層中示出的箭頭表示該磁性層中的磁化方向。但是，也一并示出對(duì)于磁軛4a、4b來(lái)說(shuō)在內(nèi)部形成的磁路的磁場(chǎng)方向。在此，第1磁性層2a、2b在-X方向上固定了磁化。圖10(A)、圖10(B)示出在通過(guò)存儲(chǔ)單元1的互相平行的寫(xiě)入位線5和第1層部分6F中在互相為同一的方向上流過(guò)寫(xiě)入電流的情況。圖10(A)與圖2中示出的寫(xiě)入電流方向相對(duì)應(yīng)。圖10(A)示出了在TMR元件1a中在與紙面垂直的方向上從跟前向深處(朝向+Y方向)流過(guò)寫(xiě)入電流并在包圍寫(xiě)入位線5a和第1層部分6F的磁軛4a的內(nèi)部在順時(shí)針?lè)较蛏习l(fā)生返流磁場(chǎng)16a、同時(shí)在TMR元件1b中在與紙面垂直的方向上從深處向跟前(朝向-Y方向)流過(guò)寫(xiě)入電流并在包圍寫(xiě)入位線5b和第1層部分6F的部分的磁軛4b的內(nèi)部在反時(shí)針?lè)较蛏习l(fā)生返流磁場(chǎng)16b的情況。此時(shí)，連結(jié)部分14a和第2磁性層8a的磁化方向?yàn)?X方向，連結(jié)部分14b和第2磁性層8b的磁化方向?yàn)?X方向。另一方面，圖10(B)與流過(guò)寫(xiě)入位線5和第1層部分6F的電流方向?yàn)榕c圖10(A)示出的狀態(tài)完全相反的電流方向的情況相對(duì)應(yīng)。即，圖10(B)示出了在TMR元件1a中在與紙面垂直的方向上從深處向跟前(朝向-Y方向)流過(guò)寫(xiě)入電流并在包圍寫(xiě)入位線5a和第1層部分6F的部分的磁軛4a的內(nèi)部在反時(shí)針?lè)较蛏习l(fā)生返流磁場(chǎng)16a、同時(shí)在TMR元件1b中在與紙面垂直的方向上從跟前向深處(朝向+Y方向)流過(guò)寫(xiě)入電流并在包圍寫(xiě)入位線5b和第1層部分6F的部分的磁軛4b的內(nèi)部在順時(shí)針?lè)较蛏习l(fā)生返流磁場(chǎng)16b的情況。此時(shí)，連結(jié)部分14a和第2磁性層8a的磁化方向?yàn)?X方向，連結(jié)部分14b和第2磁性層8b的磁化方向?yàn)?X方向。
在圖10(A)、圖10(B)的情況下，由于貫通TMR元件1a的寫(xiě)入位線5a和第1層部分6F的電流方向與貫通TMR元件1b的寫(xiě)入位線5b和第1層部分6F的電流方向互相為相反方向，故可使流過(guò)與磁軛4a、4b的共有部分34相當(dāng)?shù)闹鶢畲跑?22(參照?qǐng)D6)的返流磁場(chǎng)16a、16b的方向?yàn)橥环较?在圖10(A)中為-Z方向，在圖10(B)中為+Z方向)。
從圖10(A)、圖10(B)可知，由于按照由流過(guò)貫通磁軛4a、4b的寫(xiě)入位線5和寫(xiě)入字線6這兩者的電流產(chǎn)生的返流磁場(chǎng)16a、16b的方向，連結(jié)部分14a和第2磁性層8a的磁化方向與連結(jié)部分14b和第2磁性層8b的磁化方向互為相反的方向，故通過(guò)利用這一點(diǎn)可在存儲(chǔ)單元1中存儲(chǔ)信息。
即，如果在寫(xiě)入位線5和寫(xiě)入字線6中在同一方向上流過(guò)電流，則伴隨磁軛4a、4b的磁化方向反轉(zhuǎn)，第2磁性層8a、8b的磁化方向變化，可存儲(chǔ)「0」或「1」的2值信息。例如，在對(duì)于圖10(A)的狀態(tài)，即，連結(jié)部分14a和第2磁性層8a在-X方向上磁化、另一方的連結(jié)部分14b和第2磁性層8b在+X方向上磁化的狀態(tài)使之與「0」相對(duì)應(yīng)的情況下，在對(duì)于圖10(B)的狀態(tài)，即連結(jié)部分14b和第2磁性層8b在+X方向上磁化、另一方的連結(jié)部分14b和第2磁性層8b在-X方向上磁化的狀態(tài)使之與「1」相對(duì)應(yīng)，從而可進(jìn)行存儲(chǔ)。
此時(shí)，在TMR元件1a、1b中，如果第1磁性層2a、2b與第2磁性層8a、8b的磁化方向?yàn)槠叫?，則成為流過(guò)大的隧道電流的低電阻狀態(tài)，如果是反平行，則成為只流過(guò)小的隧道電流的高電阻狀態(tài)。即，構(gòu)成一對(duì)的TMR元件1a和TMR元件1b必定一方為低電阻、另一方為高電阻，從而存儲(chǔ)信息。再有，在寫(xiě)入位線5a、5b和寫(xiě)入字線6中在互相相反的方向上流過(guò)寫(xiě)入電流的情況下，或在只是在某一方中流過(guò)寫(xiě)入電流的情況下，第2磁性層8a、8b的磁化方向不反轉(zhuǎn)，不能進(jìn)行數(shù)據(jù)的改寫(xiě)。
如上所述，按照構(gòu)成上述的結(jié)構(gòu)的本實(shí)施形態(tài)的磁存儲(chǔ)器件中的存儲(chǔ)單元1，通過(guò)在寫(xiě)入位線5a、5b和寫(xiě)入字線6這兩者中流過(guò)同一方向的電流，由寫(xiě)入位線5a、5b產(chǎn)生的電流磁場(chǎng)和由寫(xiě)入字線6產(chǎn)生的電流磁場(chǎng)在磁軛4a、4b的內(nèi)部為同一方向，可形成合成磁場(chǎng)。因此，由于與不設(shè)置磁軛4a、4b的情況或?qū)懭胛痪€5a、5b與寫(xiě)入字線6為正交的情況相比，可得到大的磁通密度，故可更高效地利用電流磁場(chǎng)，可進(jìn)一步減小為使第2磁性層8a、8b的磁化反轉(zhuǎn)所必要的電流。
再者，通過(guò)在隧道阻擋層3a、3b與磁軛4a、4b的連結(jié)部分14a、14b之間設(shè)置第2磁性層8a、8b，可得到以下那樣的優(yōu)點(diǎn)。即，可形成連結(jié)部分14a、14b與第2磁性層8a、8b的交換耦合，第2磁性層8a、8b中的磁化方向更良好地達(dá)到一致，更穩(wěn)定的寫(xiě)入成為可能。再者，由于可將連結(jié)部分14a、14b的矯頑力抑制得更小，故通過(guò)減少寫(xiě)入工作時(shí)的電流值，可減少發(fā)熱量，可充分地發(fā)揮作為磁存儲(chǔ)器件的功能。
如上所述，本實(shí)施形態(tài)的磁存儲(chǔ)器件由于可通過(guò)在寫(xiě)入位線5a、5b和寫(xiě)入字線6這兩者中流過(guò)電流來(lái)形成封閉的磁路，故可高效地進(jìn)行TMR元件1a、1b的磁軛4a、4b中的磁化反轉(zhuǎn)，同時(shí)對(duì)于與成為寫(xiě)入對(duì)象的存儲(chǔ)單元1鄰接的存儲(chǔ)單元可減少磁的影響。再者，因磁軛4a、4b導(dǎo)致的屏蔽效果，能以更窄地配置在襯底上鄰接的存儲(chǔ)單元相互間的間隔，對(duì)作為磁存儲(chǔ)器件的高集成化、高密度化是有利的。
其次，參照?qǐng)D1、圖9、圖11(A)和圖11(B)，說(shuō)明本實(shí)施形態(tài)的磁存儲(chǔ)器件中的讀出工作。
首先，利用第1驅(qū)動(dòng)控制電路部56中的地址譯碼電路56A選擇多條位譯碼線71中的1條，將控制信號(hào)傳遞給對(duì)應(yīng)的讀出放大電路56B。其結(jié)果是，在讀出位線33a、33b中流過(guò)讀出電流，在TMR元件1a、1b中的層疊體S20a、S20b一側(cè)供給正的電位。同樣，利用第2驅(qū)動(dòng)控制電路部58中的X方向地址譯碼電路58A選擇多條字譯碼線72中的1條，驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的部位的讀出開(kāi)關(guān)83。已被選擇的讀出開(kāi)關(guān)83成為通電狀態(tài)，在對(duì)應(yīng)的讀出字線32中流過(guò)讀出電流，在與層疊體S20a、S20b相反的一側(cè)供給負(fù)的電位。因而，對(duì)于由Y方向地址譯碼電路56A和X方向地址譯碼電路58A選擇的1個(gè)存儲(chǔ)單元1，可流過(guò)在讀出中所必要的讀出電流。根據(jù)該讀出電流來(lái)檢測(cè)一對(duì)第2磁性層8a、8b的磁化方向，可讀出已被存儲(chǔ)的信息。
圖11(A)、圖11(B)表示存儲(chǔ)單元1的周邊部的電路圖。用白箭頭示出層疊體S20a、S20b的各自的第1磁性層2a、2b的磁化方向，用黑箭頭示出第2磁性層8a、8b的磁化方向。將第1磁性層2a、2b的磁化方向都固定在左方向。在圖11(A)中，在層疊體S20a中，第1磁性層2a與第2磁性層8a成為平行的磁化方向，在另一方的層疊體S20b中，第1磁性層2b與第2磁性層8b成為反平行的磁化方向。此時(shí)，層疊體S20a成為低電阻狀態(tài)，層疊體S20b成為高電阻狀態(tài)，例如，與「0」相對(duì)應(yīng)。在另一方的圖11(B)的情況下，與圖11(A)的情況相反，層疊體S20a成為高電阻狀態(tài)，層疊體S20b成為低電阻狀態(tài)，例如，與「1」相對(duì)應(yīng)。這樣的2值信息利用層疊體S20a和層疊體S20b的電阻值的大小，通過(guò)檢測(cè)分別流過(guò)上述的層疊體S20a和層疊體S20b的電流值的差分，可進(jìn)行上述的2值信息的檢測(cè)。
其次，說(shuō)明具有上述那樣的結(jié)構(gòu)的本實(shí)施形態(tài)的磁存儲(chǔ)器件的制造方法。
本實(shí)施形態(tài)的磁存儲(chǔ)器件的制造方法包含下述工序在設(shè)置了一對(duì)二極管75a、75b的基體31上形成一對(duì)層疊體S20a、S20b的層疊體形成工序；以覆蓋至少一對(duì)層疊體S20a、S20b的方式形成下部磁軛4B的下部磁軛形成工序；在下部磁軛4B上經(jīng)作為第1絕緣膜的絕緣膜7A在包含與層疊體S20a、S20b的層疊面平行的同一平面的第1層內(nèi)L1中以互相鄰接地排列的方式同時(shí)形成一對(duì)第1層部分6F和寫(xiě)入位線5a、5b的寫(xiě)入線形成工序；以及形成一對(duì)磁軛4a、4b的磁軛形成工序，該一對(duì)磁軛4a、4b是通過(guò)在一對(duì)第1層部分6F和寫(xiě)入位線5a、5b的周?chē)?jīng)作為第2絕緣膜的絕緣膜7B設(shè)置上部磁軛4U，與下部磁軛4B一起以包圍一對(duì)寫(xiě)入字線6B和寫(xiě)入位線5a、5b的方式沿周?chē)较虮慌渲?，而且互相共有一部分。以下，參照附圖詳細(xì)地說(shuō)明。
以下，參照?qǐng)D12～圖19，具體地說(shuō)明磁存儲(chǔ)器件中的主要是存儲(chǔ)單元1的制造方法。再有，圖12～圖19是沿圖3中示出的切斷線a-a′-a的向視方向剖面圖，依次表示了其制造過(guò)程。
在第1工序中，在襯底31上經(jīng)層疊體S20a、S20b形成下部磁軛4B(即，第1梁狀磁軛41a、41b)。在此，首先，如圖12中所示，準(zhǔn)備在埋置了二極管75a、75b的襯底31上已形成了覆蓋層疊體S20a、S20b及其周?chē)慕^緣膜17A的結(jié)構(gòu)。再有，在接著圖12之后的以下的圖13～圖19中，省略關(guān)于襯底31的細(xì)節(jié)的圖示。其次，在整個(gè)面上例如利用濺射形成了由NiFe構(gòu)成的金屬膜后，如圖13中所示，通過(guò)以只在與層疊體S20a、S20b對(duì)應(yīng)的區(qū)域中留下的方式對(duì)該金屬膜進(jìn)行銑削以得到下部磁軛4B。
接著，在第2工序中，形成寫(xiě)入位線5a、5b和第1層部分6F，使其在第1層內(nèi)L1中互相鄰接地排列。在此，首先，如圖14中所示，在整個(gè)面上依次形成絕緣膜7A和電鍍基底膜56S。具體地說(shuō)，例如在使用CVD裝置形成了由氧化鋁(Al2O3)等構(gòu)成的絕緣膜7A后，例如利用濺射形成由銅(Cu)等的導(dǎo)電性良好的材料構(gòu)成的電鍍基底膜56S。其次，如圖15中所示，在電鍍基底膜56S上有選擇地形成抗蝕劑圖形30A。在此，以不覆蓋形成寫(xiě)入位線5a、5b和第1層部分6F的區(qū)域的方式形成抗蝕劑圖形30A。在此之后，浸漬于電鍍槽中，通過(guò)將電鍍基底膜56S作為電極來(lái)利用的電鍍處理，同時(shí)形成寫(xiě)入位線5a、5b和第1層部分6F。在進(jìn)行了電鍍處理后，如圖16中所示，除去抗蝕劑圖形30A，進(jìn)而利用銑削等除去已露出的電鍍基底膜56S。一般來(lái)說(shuō)，將這樣的薄膜的構(gòu)圖方法稱(chēng)為框電鍍法。
接著，在第3工序中，形成上部磁軛4U(即，一對(duì)柱狀磁軛42和第2梁狀磁軛43)和第2層部分6S。首先，如圖17中所示，在整個(gè)面上例如利用濺射形成了由Al2O3構(gòu)成的絕緣膜7B后，在絕緣膜7B上有選擇地形成抗蝕劑圖形30B。具體地說(shuō)，以不覆蓋形成了下部磁軛4B的區(qū)域中形成了寫(xiě)入位線5a、5b和第1層部分6F的區(qū)域的兩鄰和沒(méi)有形成下部磁軛4B的區(qū)域中與第1層部分6F對(duì)應(yīng)的一部分的方式形成抗蝕劑圖形30B。其次，將抗蝕劑圖形30B作為掩摸來(lái)利用，利用反應(yīng)性離子刻蝕(RIE)等除去非保護(hù)區(qū)域的絕緣膜7A、7B。由此，如圖18中所示，形成通孔7H1、7H2，在被絕緣膜7B覆蓋的寫(xiě)入位線5a、5b和第1層部分6F的兩鄰呈現(xiàn)露出了下部磁軛4B的區(qū)域，同時(shí)呈現(xiàn)露出了第1層部分6F的一部分的區(qū)域。在此之后，如圖19中所示，形成規(guī)定形狀的抗蝕劑圖形30C，通過(guò)進(jìn)行以抗蝕劑圖形30C作為框使用的電鍍處理，可在第2層內(nèi)L2中同時(shí)形成上部磁軛4U和第2層部分6S。根據(jù)以上所述，分別結(jié)束磁軛4和寫(xiě)入字線6的形成，完成存儲(chǔ)單元1。在完成了存儲(chǔ)單元1后，形成具有所希望的寬度的讀出字線32，使其與上部磁軛4U導(dǎo)電性地連結(jié)。
在此之后，在寫(xiě)入字線6的各兩端部形成寫(xiě)入字線引出電極46，在寫(xiě)入位線5的各兩端部形成寫(xiě)入位線引出電極47，在讀出字線32的各兩端部形成讀出字線引出電極48，進(jìn)而在讀出位線33的的各兩端部形成讀出位線引出電極49。
根據(jù)以上所述，姑且結(jié)束包含存儲(chǔ)單元1的存儲(chǔ)單元組54的形成。
再者，通過(guò)經(jīng)過(guò)利用濺射裝置或CVD裝置等形成氧化硅(SiO2)或Al2O3等的保護(hù)層的工序和研磨該保護(hù)膜以使各引出電極46～49露出的工序，結(jié)束磁存儲(chǔ)器件的制造。
如上所述，按照本實(shí)施形態(tài)的磁存儲(chǔ)器件的制造方法，由于包含同時(shí)形成寫(xiě)入位線5a、5b和第1層部分6F的工序，故與獨(dú)立地形成寫(xiě)入位線5a、5b和第1層部分6F的情況相比，可用更少的工序數(shù)形成存儲(chǔ)單元1。特別是，由于磁軛形成工序包含在由磁軛4a、4b包圍的區(qū)域以外的區(qū)域中與上部磁軛4U同時(shí)一并地形成第2層部分6S的工序，故可更簡(jiǎn)化制造工序。
以上舉出實(shí)施形態(tài)和實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明，但本發(fā)明不限定于上述的實(shí)施形態(tài)，可進(jìn)行各種各樣的變形。例如，在上述的實(shí)施形態(tài)中，在與離層疊體S20a、S20b遠(yuǎn)的一側(cè)的梁狀磁軛相同的層內(nèi)設(shè)置作為連結(jié)導(dǎo)線的第2層部分6S，但不限定于此，也可如圖20中示出的第1變例那樣，在與接近于層疊體S20a、S20b的一側(cè)的一對(duì)梁狀磁軛41a、41b相同的層內(nèi)設(shè)置第2層部分6S。
此外，在上述的實(shí)施形態(tài)中，說(shuō)明了磁存儲(chǔ)單元中的一對(duì)磁阻效應(yīng)元件互相共有以包圍第1和第2寫(xiě)入線的周?chē)娜康姆绞綐?gòu)成的磁軛的一部分的情況，但不限定于此。具體地說(shuō)，也可如圖21中示出的存儲(chǔ)單元120(第2變例)那樣，連結(jié)2個(gè)以包圍第1和第2寫(xiě)入線的周?chē)囊徊糠值姆绞綐?gòu)成的、構(gòu)成其剖面在與層疊體相反一側(cè)具有開(kāi)口部那樣的コ字型的磁軛(具有一部分開(kāi)放的剖面形狀的磁軛)。存儲(chǔ)單元120具備包含由既互相對(duì)置又在與層疊體S20a的層疊面正交的方向上延伸的一對(duì)柱狀磁軛421、422和連結(jié)一對(duì)柱狀磁軛421、422中的層疊體S20a一側(cè)的各一端相互間的一個(gè)梁狀磁軛141a構(gòu)成的磁軛4a的TMR元件120a；以及包含由既互相對(duì)置又在與層疊體S20b的層疊面正交的方向上延伸的一對(duì)柱狀磁軛422、423和連結(jié)一對(duì)柱狀磁軛422、423中的層疊體S20b一側(cè)的各一端相互間的一個(gè)梁狀磁軛141b構(gòu)成的磁軛4b的TMR元件120b，該一對(duì)TMR元件120a、120b互相共有柱狀磁軛422、梁狀磁軛141a和梁狀磁軛141b的共有區(qū)域412。即使是這樣的結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)單元120，由于將寫(xiě)入位線5a、5b和第1層部分6F排列成在被磁軛4a、4b包圍的區(qū)域中在包含與層疊體S20a、S20b的層疊面平行的同一平面的第1層內(nèi)L1中互相鄰接，故在制造時(shí)在被磁軛4a、4b包圍的區(qū)域中也可同時(shí)形成寫(xiě)入位線5a、5b和第1層部分6F，可削減工序數(shù)。此時(shí)，特別是如果與梁狀磁軛141a、141b同時(shí)形成第2層部分6S(在圖21中未圖示)，則可進(jìn)一步削減工序數(shù)。再者，此時(shí)也可不一定設(shè)置柱狀磁軛421～423。即，也可作成具有去掉了圖21中示出的存儲(chǔ)單元122中的柱狀磁軛421～423的形狀的存儲(chǔ)單元。
此外，關(guān)于層疊體的結(jié)構(gòu)，不限定于在上述的實(shí)施形態(tài)中已說(shuō)明的圖5中示出的層疊體S20a、S20b的結(jié)構(gòu)。例如，像圖22中示出的存儲(chǔ)單元121(第3變例)的層疊體S21a、S21b那樣，作為感磁層的第2磁性層8a、8b也可以是包含第1自由層181a、181b和與其相比矯頑力大的第2自由層182a、182b的2層結(jié)構(gòu)。此外，雖然未圖示，但也可在與層疊體S20a、S20b或?qū)盈B體S21a、S21b中的第1磁性層2a、2b的隧道阻擋層3a、3b相反一側(cè)設(shè)置反強(qiáng)磁性層以謀求第1磁性層2a、2b的磁化的穩(wěn)定。此外，對(duì)于層疊體來(lái)說(shuō)，不限于構(gòu)成為在與層疊面正交的方向上流過(guò)電流，也可構(gòu)成為在沿層疊面的方向上流過(guò)電流。
再者，也可像圖23中示出的作為第4變例的磁存儲(chǔ)器件中的存儲(chǔ)單元122那樣，可構(gòu)成為形成磁軛4a、4b的一部分的連結(jié)部分84a、84b兼作層疊體S22a、S22b中的感磁層。即，在TMR元件122a、122b中，構(gòu)成磁軛4a、4b的一部分的連結(jié)部分84a、84b也具有作為層疊體S22a、S22b中的感磁層的功能。因此，可省略在TMR元件1a、1b中設(shè)置的第2磁性層8a、8b，可作成比存儲(chǔ)單元1的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)單元122。
此外，在上述的實(shí)施形態(tài)中，說(shuō)明了具備一對(duì)磁阻效應(yīng)元件的磁存儲(chǔ)單元，但不限定于此。例如，也可像圖24中示出的作為第5變例的磁存儲(chǔ)器件中的TMR元件123那樣，將具備1個(gè)磁軛4和1個(gè)層疊體S20的單體的TMR元件用作磁存儲(chǔ)元件。此外，即使在由這樣的單體的TMR元件構(gòu)成的存儲(chǔ)單元中，也可像圖25中示出的TMR元件124(第6變例)那樣，不是被構(gòu)成為包圍第1和第2寫(xiě)入線的周?chē)娜康拇跑棧蔷邆渚哂衅湟徊糠珠_(kāi)放了的コ字型的剖面形狀的磁軛。
權(quán)利要求
1.一種磁存儲(chǔ)器件，其特征在于具備第1寫(xiě)入線；以與該第1寫(xiě)入線交叉的方式延伸的第2寫(xiě)入線；以及磁阻效應(yīng)元件，上述磁阻效應(yīng)元件在上述第1和第2寫(xiě)入線交叉的區(qū)域中具有以包圍上述第1和第2寫(xiě)入線的方式沿周?chē)较蚺渲玫拇跑椇桶呕较螂S外部磁場(chǎng)而變化的感磁層并與上述磁軛以磁的方式連結(jié)了的層疊體，上述第1和第2寫(xiě)入線在被上述磁軛包圍的區(qū)域中被排列成在第1層內(nèi)互相鄰接。
2.一種磁存儲(chǔ)器件，其特征在于具備第1寫(xiě)入線；以與該第1寫(xiě)入線交叉的方式延伸的第2寫(xiě)入線；以及磁存儲(chǔ)單元，上述磁存儲(chǔ)單元包含一對(duì)磁阻效應(yīng)元件而被構(gòu)成，上述一對(duì)磁阻效應(yīng)元件在上述第1和第2寫(xiě)入線交叉的區(qū)域中分別具有以包圍上述第1和第2寫(xiě)入線的方式沿周?chē)较蚺渲玫拇跑椇桶呕较螂S外部磁場(chǎng)而變化的感磁層并與上述磁軛以磁的方式連結(jié)了的層疊體，同時(shí)互相共有上述磁軛的一部分，上述第1和第2寫(xiě)入線在被上述磁軛包圍的區(qū)域中被排列成在第1層內(nèi)互相鄰接。
3.如權(quán)利要求2中所述的磁存儲(chǔ)器件，其特征在于被一對(duì)上述磁軛包圍的區(qū)域中的一對(duì)上述第1寫(xiě)入線或一對(duì)上述第2寫(xiě)入線中的某一方在被上述一對(duì)上述磁軛包圍的區(qū)域以外的區(qū)域中經(jīng)在與上述第1層內(nèi)不同的第2層內(nèi)設(shè)置的連結(jié)導(dǎo)線互相連結(jié)。
4.如權(quán)利要求3中所述的磁存儲(chǔ)器件，其特征在于在上述第2層內(nèi)設(shè)置了上述一對(duì)磁軛的一部分。
5.如權(quán)利要求3中所述的磁存儲(chǔ)器件，其特征在于上述一對(duì)磁軛分別具有包含既夾住上述第1和第2寫(xiě)入線而互相對(duì)置又在與上述層疊體的層疊面正交的方向上延伸的一對(duì)柱狀磁軛和連結(jié)上述一對(duì)柱狀磁軛的各一端相互間的一個(gè)梁狀磁軛而構(gòu)成的、其一部分被開(kāi)放了的剖面形狀，上述一對(duì)磁阻效應(yīng)元件至少互相共有上述一對(duì)柱狀磁軛中的一方。
6.如權(quán)利要求5中所述的磁存儲(chǔ)器件，其特征在于在上述第2層內(nèi)設(shè)置了上述一個(gè)梁狀磁軛。
7.如權(quán)利要求3中所述的磁存儲(chǔ)器件，其特征在于上述一對(duì)磁軛分別具有包含既夾住上述第1和第2寫(xiě)入線而互相對(duì)置又在與上述層疊體的層疊面正交的方向上延伸的一對(duì)柱狀磁軛和連結(jié)上述一對(duì)柱狀磁軛的各一端相互間的一對(duì)梁狀磁軛而構(gòu)成的、封閉了的剖面形狀，上述一對(duì)磁阻效應(yīng)元件至少互相共有上述一對(duì)柱狀磁軛中的一方。
8.如權(quán)利要求7中所述的磁存儲(chǔ)器件，其特征在于在上述第2層內(nèi)設(shè)置了上述一對(duì)梁狀磁軛中的某一方。
9.如權(quán)利要求7中所述的磁存儲(chǔ)器件，其特征在于在上述第2層內(nèi)設(shè)置了上述一對(duì)梁狀磁軛中的離上述層疊體遠(yuǎn)的一側(cè)的一方。
10.如權(quán)利要求1至9的任一項(xiàng)中所述的磁存儲(chǔ)器件，其特征在于上述磁軛中的與上述層疊體的連結(jié)部分兼作上述感磁層。
11.一種制造磁存儲(chǔ)器件用的方法，該磁存儲(chǔ)器件具備第1寫(xiě)入線；以與該第1寫(xiě)入線交叉的方式延伸的第2寫(xiě)入線；以及具有包含磁化方向隨外部磁場(chǎng)而變化的感磁層的層疊體和磁軛的磁阻效應(yīng)元件，其特征在于，包含下述工序在設(shè)置了整流元件的基體上形成上述層疊體的第1工序；形成下部磁軛使其至少覆蓋上述層疊體的第2工序；在上述下部磁軛上一并地形成上述第1和第2寫(xiě)入線使其經(jīng)第1絕緣膜在第1層內(nèi)互相鄰接地排列的第3工序；以及通過(guò)在上述第1和第2寫(xiě)入線的備自的周?chē)?jīng)第2絕緣膜設(shè)置上部磁軛來(lái)形成以與上述下部磁軛一起分別包圍上述第1和第2寫(xiě)入線的方式沿周?chē)较蚺渲玫纳鲜龃跑椀牡?工序。
12.一種制造磁存儲(chǔ)器件用的方法，該磁存儲(chǔ)器件具備第1寫(xiě)入線；以與該第1寫(xiě)入線交叉的方式延伸的第2寫(xiě)入線；以及分別具有包含磁化方向隨外部磁場(chǎng)而變化的感磁層的層疊體和磁軛的一對(duì)磁阻效應(yīng)元件，其特征在于，包含下述工序在設(shè)置了一對(duì)整流元件的基體上形成一對(duì)上述層疊體的第1工序；形成下部磁軛使其至少覆蓋上述一對(duì)層疊體的第2工序；在上述下部磁軛上一并地形成一對(duì)上述第1和第2寫(xiě)入線使其經(jīng)第1絕緣膜在第1層內(nèi)互相鄰接地排列的第3工序；以及通過(guò)在一對(duì)上述第1和第2寫(xiě)入線的各自的周?chē)?jīng)第2絕緣膜設(shè)置上部磁軛來(lái)形成以與上述下部磁軛一起分別包圍上述一對(duì)第1和第2寫(xiě)入線的方式沿周?chē)较蚺渲貌⑶一ハ喙灿幸徊糠值囊粚?duì)上述磁軛的第4工序。
13.如權(quán)利要求12中所述的磁存儲(chǔ)器件的制造方法，其特征在于還包含在被上述磁軛包圍的區(qū)域以外的區(qū)域中的與上述第1層內(nèi)不同的第2層內(nèi)形成互相連結(jié)在上述第3工序中形成的上述一對(duì)第1寫(xiě)入線相互間的連結(jié)導(dǎo)線的第5工序。
14.如權(quán)利要求13中所述的磁存儲(chǔ)器件的制造方法，其特征在于同時(shí)進(jìn)行上述第4工序中的上述上部磁軛的形成和上述第5工序中的上述連結(jié)導(dǎo)線的形成。
全文摘要
本發(fā)明的課題是提供能高效地利用由流過(guò)導(dǎo)線的電流所形成的磁場(chǎng)以穩(wěn)定地進(jìn)行信息的寫(xiě)入、同時(shí)能更簡(jiǎn)便地制造的磁存儲(chǔ)器件及其制造方法。由于包含在基體31上形成一對(duì)層疊體S20a、S20b的層疊體形成工序、以至少覆蓋一對(duì)層疊體S20a、S20b的方式形成下部磁軛4B的下部磁軛形成工序以及在下部磁軛4B上經(jīng)作為第1絕緣膜的絕緣膜7A以在第1層內(nèi)L1互相鄰接地排列的方式同時(shí)形成一對(duì)第1部分6F和寫(xiě)入位線5a、5b的寫(xiě)入線形成工序，故可使制造工序進(jìn)一步簡(jiǎn)化。
文檔編號(hào)G11C11/16GK1604229SQ20041008519
公開(kāi)日2005年4月6日 申請(qǐng)日期2004年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月30日
發(fā)明者上島聰史 申請(qǐng)人:Tdk株式會(huì)社