專(zhuān)利名稱(chēng)：磁存儲(chǔ)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在存儲(chǔ)單元中使用磁阻效應(yīng)元件的磁存儲(chǔ)裝置。
近年來(lái)，在包括2個(gè)強(qiáng)磁性層之間插入絕緣層(也稱(chēng)隧道阻擋層)的層狀結(jié)構(gòu)的強(qiáng)磁性隧道結(jié)中，通過(guò)隧道磁阻效應(yīng)(TMR效應(yīng))得到20％以上的磁阻變化率(MR比)(J.Appl..Phys.，79，4724(1996))。以此為契機(jī)，使用利用隧道磁效應(yīng)的強(qiáng)磁性隧道結(jié)磁阻效應(yīng)元件(以下也稱(chēng)TMR元件)的MRAM得到期待和重視。
在MRAM中使用TMR元件的情況下，在夾著隧道阻擋層的二個(gè)強(qiáng)磁性層內(nèi)，以其一的磁化方向不變化地固定的磁化固定層作為磁化基準(zhǔn)層，以其二的磁化方向反轉(zhuǎn)容易的磁化自由層作為存儲(chǔ)層?；鶞?zhǔn)層和存儲(chǔ)層的磁化方向把平行狀態(tài)和反平行狀態(tài)與2進(jìn)制信息的“0”和“1”相對(duì)應(yīng)，這樣就可以存儲(chǔ)信息。
記錄信息的寫(xiě)入是通過(guò)在設(shè)置在TMR元件附近的寫(xiě)入布線上流動(dòng)電流而產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)使存儲(chǔ)層的磁化方向反轉(zhuǎn)而進(jìn)行的。而且，記錄信息的讀出是通過(guò)檢測(cè)TMR效應(yīng)產(chǎn)生的電阻變化部分進(jìn)行的。
為了固定基準(zhǔn)層的磁化方向，使用以與強(qiáng)磁性層接合的方式設(shè)置反強(qiáng)磁性層，難于通過(guò)交換耦合力引起磁化反轉(zhuǎn)的方法，這樣的構(gòu)造被稱(chēng)為自旋閥型結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，通過(guò)在施加磁場(chǎng)的同時(shí)進(jìn)行熱處理(磁化固定退火)來(lái)確定基準(zhǔn)層磁化方向。另一方面，存儲(chǔ)層以通過(guò)賦予磁各向異性，使磁化容易軸方向與基準(zhǔn)層磁化方向大體相同的方式形成。
如上所述，由于存儲(chǔ)層的磁化反轉(zhuǎn)使用電流感應(yīng)磁場(chǎng)，所以存儲(chǔ)層反轉(zhuǎn)所必要的磁場(chǎng)越小越好。但是，磁化反轉(zhuǎn)容易會(huì)具有這樣的可能性，例如根據(jù)來(lái)自于外部的噪聲磁場(chǎng)和向相鄰的存儲(chǔ)單元寫(xiě)入時(shí)的泄漏磁場(chǎng)的影響而容易產(chǎn)生反轉(zhuǎn)，成為誤動(dòng)作的原因。
因而，最好是存儲(chǔ)層只是在改寫(xiě)信息時(shí)容易反轉(zhuǎn)，此外的存儲(chǔ)保持狀態(tài)下不容易反轉(zhuǎn)。為了減小反轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，例如，使用矯頑力小的軟磁性材料的方法和使層變薄而減小矯頑力的方法。另一方面，為了使存儲(chǔ)保持狀態(tài)穩(wěn)定，通常是通過(guò)作成使TMR元件的長(zhǎng)邊和短邊之比較大的形狀的單元，來(lái)強(qiáng)化形狀的各向異性。
在上述的MRAM中，最好為了加大MRAM的存儲(chǔ)容量，而減少存儲(chǔ)單元的面積，由此提高存儲(chǔ)密度。因此有效的是，使存儲(chǔ)單元的短邊(將此稱(chēng)為單元寬度)和存儲(chǔ)單元的長(zhǎng)邊(將此稱(chēng)為單元長(zhǎng)度)都減小到設(shè)計(jì)規(guī)則。然而，若成為這樣的結(jié)構(gòu)，由于單元長(zhǎng)度和單元寬度之比即形狀比接近1，所以形狀的磁各向異性小，在存儲(chǔ)狀態(tài)下的磁化的不穩(wěn)定性加大。
本發(fā)明的第一技術(shù)方案的磁記錄裝置，其特征在于，具有存儲(chǔ)單元陣列，該存儲(chǔ)單元陣列具有多個(gè)第一寫(xiě)入布線，與這些第一寫(xiě)入布線交錯(cuò)的多個(gè)第二寫(xiě)入布線，和在所述第一寫(xiě)入布線和所述第二寫(xiě)入布線的交錯(cuò)區(qū)域的每一個(gè)上設(shè)置的存儲(chǔ)單元，在對(duì)應(yīng)的所述第一寫(xiě)入布線和對(duì)應(yīng)的所述第二寫(xiě)入布線被選擇時(shí)，所述存儲(chǔ)單元的每一個(gè)被選擇，且具有；磁阻效應(yīng)元件，具有根據(jù)在所述第一及第二寫(xiě)入布線中分別流動(dòng)的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)來(lái)存儲(chǔ)應(yīng)寫(xiě)入信息的存儲(chǔ)層，第一結(jié)構(gòu)部件，設(shè)置成包圍所述第一寫(xiě)入布線，在所述記錄層的磁化容易軸方向上配置所述記錄層和形成磁閉路的兩端部，以及第二結(jié)構(gòu)部件，設(shè)置成包圍所述第二寫(xiě)入布線，在所述記錄層的磁化困難軸方向上配置強(qiáng)化所述記錄層磁化困難軸方向上的磁場(chǎng)的兩端部；將所述第一結(jié)構(gòu)部件的所述兩端部的每一個(gè)配置為，比所述第二結(jié)構(gòu)部件的所述兩端部的每一個(gè)更接近所述記錄層。
而且，本發(fā)明第二技術(shù)方案的磁記錄裝置，其特征在于，具有存儲(chǔ)單元陣列，其中具有多個(gè)第一寫(xiě)入布線、與這些第一寫(xiě)入布線交錯(cuò)的多個(gè)第二寫(xiě)入布線、和在所述第一寫(xiě)入布線和所述第二寫(xiě)入布線交錯(cuò)區(qū)域的每一個(gè)設(shè)置的存儲(chǔ)單元，所述存儲(chǔ)單元的每一個(gè)在與對(duì)應(yīng)的所述第一寫(xiě)入布線對(duì)應(yīng)的所述第二寫(xiě)入布線被選擇時(shí)進(jìn)行選擇；設(shè)有磁效應(yīng)元件，具有根據(jù)在所述第一及第二寫(xiě)入布線中分別流動(dòng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)存儲(chǔ)應(yīng)寫(xiě)入信息的存儲(chǔ)層，第一結(jié)構(gòu)部件，設(shè)置成包圍所述第一寫(xiě)入布線，在所述記錄層磁化容易的軸向配置所述記錄層和為形成磁閉路的兩端部，和第二結(jié)構(gòu)部件，設(shè)置成包圍所述第二寫(xiě)入布線，為使所述記錄層磁化困難軸向的磁場(chǎng)強(qiáng)化而在所述記錄層的磁化困難軸方向配置兩端部；所述第一結(jié)構(gòu)部件由比所述第二結(jié)構(gòu)部件的導(dǎo)磁率大的材料構(gòu)成。
還有，根據(jù)本發(fā)明第三技術(shù)方案的磁記錄裝置，其特征在于，具有存儲(chǔ)單元陣列，其中具有多個(gè)第一寫(xiě)入布線、與這些第一寫(xiě)入布線交錯(cuò)的多個(gè)第二寫(xiě)入布線、和在所述第一寫(xiě)入布線和所述第二寫(xiě)入布線交錯(cuò)區(qū)域的每一個(gè)設(shè)置的存儲(chǔ)單元，所述存儲(chǔ)單元的每一個(gè)在與對(duì)應(yīng)的所述第一寫(xiě)入布線對(duì)應(yīng)的所述第二寫(xiě)入布線被選擇時(shí)進(jìn)行選擇；設(shè)有磁效應(yīng)元件，具有根據(jù)在所述第一及第二寫(xiě)入布線中分別流動(dòng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)存儲(chǔ)應(yīng)寫(xiě)入信息的存儲(chǔ)層，第一結(jié)構(gòu)部件，設(shè)置成包圍所述第一寫(xiě)入布線，在所述記錄層磁化容易的軸向配置所述記錄層和為形成磁閉路的兩端部，和第二結(jié)構(gòu)部件，設(shè)置成包圍所述第二寫(xiě)入布線，為使所述記錄層磁化困難軸向的磁場(chǎng)強(qiáng)化而在所述記錄層的磁化困難軸方向配置兩端部；所述第一及第二結(jié)構(gòu)部件分別由包含強(qiáng)磁性材料的材料組成，所述第一結(jié)構(gòu)部件的所述兩端部以配置成比所述第二結(jié)構(gòu)部件的所述兩端部更接近所述記錄層的方式，從所述第一寫(xiě)入布線的側(cè)部向所述磁阻效應(yīng)元件的所述記錄層延伸。
圖3B是本發(fā)明的存儲(chǔ)單元的俯視圖；圖4是表示第一實(shí)施例的磁記錄裝置的存儲(chǔ)單元的大體構(gòu)成的透視圖；圖5A是表示本發(fā)明第二實(shí)施例的磁記錄裝置的存儲(chǔ)單元的大體構(gòu)成的透視圖；圖5B是用圖5A所示的剖面A剖切的截面圖；圖6是表示有關(guān)第二實(shí)施例的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的俯視圖。
(第一實(shí)施例)參照

圖1說(shuō)明本發(fā)明第一實(shí)施例的磁記錄裝置。該實(shí)施例的磁記錄裝置具有存儲(chǔ)單元陣列，該存儲(chǔ)單元陣列具有矩陣狀排列的多個(gè)存儲(chǔ)單元；多個(gè)寫(xiě)入位線108；和與這些寫(xiě)入位線108交錯(cuò)設(shè)置的多個(gè)寫(xiě)入字線110。圖1是本實(shí)施例磁記錄裝置的記錄單元的大體構(gòu)成的透視圖，選擇晶體管未在圖上畫(huà)出。如圖1所示，該實(shí)施例的磁記錄裝置存儲(chǔ)單元具有設(shè)置在寫(xiě)入位線108和寫(xiě)入字線110交錯(cuò)的區(qū)域上的TMR元件100；與該TMR元件100的一個(gè)端子電連接的下部電極101；與所述TMR元件100的另一端子連接的上部電極(也稱(chēng)觸點(diǎn))107；環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件109；和一端與下部電極101連接，另一端與未圖示的選擇晶體管連接的連接插頭111。寫(xiě)入位線108及寫(xiě)入字線110，在寫(xiě)入時(shí)選擇存儲(chǔ)單元，在選擇的存儲(chǔ)單元內(nèi)的TMR元件上寫(xiě)入信息。寫(xiě)入位線108與上部電極107電連接，寫(xiě)入字線110通過(guò)未圖示的絕緣膜與下部電極101電絕緣。
如圖1所示，TMR元件100具有由Ta組成的緩沖層102、由Ir-Mn組成的反鐵磁性層103、由Co-Fe組成的磁化基準(zhǔn)層104、由Al2O3組成的隧道阻擋層105、和由Co-Fe-Ni組成的記錄層106。緩沖層102與下部電極101電連接。記錄層106通過(guò)上部電極107與寫(xiě)入位線108電連接。使記錄層106的磁化容易軸方向與磁化基準(zhǔn)層104的磁化方向大體平行，成為T(mén)MR元件100的MR比為最大值的結(jié)構(gòu)。
TMR元件100周?chē)媒^緣膜(未圖示)覆蓋，在該絕緣膜的外側(cè)設(shè)置由高導(dǎo)磁率磁性材料組成、環(huán)的一部分有切口的截面形狀的環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件109。在本實(shí)施例中，環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件109由Ni78Fe22組成。此外，環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件109由包含強(qiáng)磁性體材料的材料組成，該包含強(qiáng)磁性體材料的材料是包括Co、Fe、Ni中的至少一種的合金，相對(duì)導(dǎo)磁率最好大于10。
該環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件109設(shè)置成其兩端被配置在記錄層106的磁化容易軸方向(圖1中的箭頭方向)上，從而成為能會(huì)聚來(lái)自記錄層106的磁力線的結(jié)構(gòu)。來(lái)自記錄層106的磁力線會(huì)聚，從環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件109的一端進(jìn)入環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件109，通過(guò)形成上述磁力線通過(guò)環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件109從環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件109的另一端環(huán)流到記錄層106中的磁路閉環(huán)，可以降低磁化容易軸方向的磁各向異性能量，使記錄層106的磁化方向穩(wěn)定。
另外，作為環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件109的具體截面形狀的例子，有例如，如圖2A所示的 字形形狀及其兩端在閉合方向上延伸的形狀，如圖2B所示的馬蹄型及其兩端向閉合方向上延伸的形狀，如圖2C所示的“U”字形形狀及其兩端向閉合方向上延伸的形狀，以及如圖2D所示的“C”字形及其兩端向閉合方向上延伸的形狀。而且，在本實(shí)施例中，環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件109雖然由從記錄層106接受磁力線或使磁力線返回到記錄層106的部分109a、109b和連接這些部分109a、109b的部分109c構(gòu)成，但只要這些部分109a、109b、109c是整體形成的結(jié)構(gòu)就行。
在本實(shí)施例中，由于根據(jù)環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件109的設(shè)置，使記錄層106的磁化方向穩(wěn)定，所以可把存儲(chǔ)單元的形狀作成正方形。例如，可作成存儲(chǔ)單元的單元寬0.15μm、單元長(zhǎng)0.15μm的正方形。即，可實(shí)現(xiàn)已有情況下不穩(wěn)定的單元長(zhǎng)和單元寬之比即形狀比為1的存儲(chǔ)單元形狀。在過(guò)去，如圖3A所示，形狀比僅在約為2才能作為穩(wěn)定的TMR元件109使用，存儲(chǔ)單元面積只有用12F2的存儲(chǔ)單元(F是根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)則決定的尺寸)才可實(shí)現(xiàn)。然而，在本實(shí)施例中，如圖3B所示，存儲(chǔ)單元的面積為8F2，與已有的相比較，存儲(chǔ)單元的面積可減少到3/2。這樣，可提高存儲(chǔ)密度。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，即使提高存儲(chǔ)密度，也能提高存儲(chǔ)單元中所使用的磁阻效應(yīng)元件的存儲(chǔ)層存儲(chǔ)保持狀態(tài)的穩(wěn)定性，可得到高可靠性的磁記錄裝置。
在上述第一實(shí)施例中，環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件109雖然在構(gòu)成TMR元件100的疊層膜的膜面方向上形成，但是如圖4所示，也可在與構(gòu)成TMR元件100的疊層膜的膜面垂直的方向上形成。如圖4所示，該情況下的寫(xiě)入位線108構(gòu)成為通過(guò)環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件109的內(nèi)側(cè)。于是如圖4所示，在磁存儲(chǔ)裝置中，在利用來(lái)自2個(gè)寫(xiě)入布線108、110的磁場(chǎng)使記錄層106的磁化反轉(zhuǎn)時(shí)，由于環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件109增強(qiáng)了由位線108發(fā)生的磁力，所以具有促進(jìn)記錄層106磁化反轉(zhuǎn)的效果。
(第二實(shí)施例)接著，參照附圖5A、圖5B及圖6說(shuō)明本發(fā)明第二實(shí)施例的磁存儲(chǔ)裝置。該實(shí)施例的磁記錄裝置具有存儲(chǔ)單元陣列，該存儲(chǔ)單元陣列具有矩陣狀排列的多個(gè)存儲(chǔ)單元，各存儲(chǔ)單元具有TMR元件和選擇晶體管。圖5A是表示本實(shí)施例的磁存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)單元大體構(gòu)成的透視圖，圖5B是沿圖5A中所示的剖切面A剖切時(shí)的截面圖。
該實(shí)施例的磁存儲(chǔ)裝置具有存儲(chǔ)單元陣列，該存儲(chǔ)單元陣列具有矩陣狀排列的多個(gè)存儲(chǔ)單元、多個(gè)寫(xiě)入位線208、和設(shè)置成與這些寫(xiě)入位線208交錯(cuò)的多個(gè)寫(xiě)入字線210。
根據(jù)該實(shí)施例的磁存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)單元，如圖5A所示，具有在寫(xiě)入位線208和寫(xiě)入字線210相交錯(cuò)的區(qū)域內(nèi)設(shè)置的TMR元件200、環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件209、反轉(zhuǎn)促進(jìn)結(jié)構(gòu)部件212。TMR元件200的一端與寫(xiě)入位線208連接，TMR元件200的另一端與寫(xiě)入字線210連接。即，如圖6所示，成為在寫(xiě)入字線210和寫(xiě)入位線208中直接夾入TMR元件200的簡(jiǎn)單矩陣結(jié)構(gòu)，這2個(gè)寫(xiě)入布線208、210在寫(xiě)入時(shí)選擇存儲(chǔ)單元，用來(lái)向選擇的存儲(chǔ)單元內(nèi)的TMR元件中寫(xiě)入信息，同時(shí)，在讀出時(shí)也使用。反轉(zhuǎn)促進(jìn)結(jié)構(gòu)部件212強(qiáng)化了來(lái)自寫(xiě)入字線210的磁場(chǎng)，促使后述的TMR元件200的記錄層206的磁化反轉(zhuǎn)。
此外，該TMR元件200，與在圖1中所示的第一實(shí)施例中所使用的TMR元件相同，具有由Ta組成的緩沖層、由Ir-Mn組成的反強(qiáng)磁性反強(qiáng)磁性層、由Co-Fe組成的磁化基準(zhǔn)層、由Al2O3組成的隧道阻擋層、和由Co-Fe-Ni組成的記錄層206。
在本實(shí)施例中，TMR元件200是單元寬100nm、單元長(zhǎng)100nm的正方形，記錄層206的磁化容易軸方向與磁化基準(zhǔn)層的磁化方向大體平行。而且，在本實(shí)施例中，如果規(guī)定F表示由設(shè)計(jì)規(guī)則決定的尺寸，則存儲(chǔ)單元面積為4F2(參照?qǐng)D6)。
環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件209具有環(huán)的一部分有切口的截面形狀，夾著絕緣膜設(shè)置成包圍寫(xiě)入位線208。于是，環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件209的兩端部由于通過(guò)來(lái)自記錄層206的磁力線環(huán)流而配置在記錄層206的磁化容易軸方向上(參照?qǐng)D5B)。
而且，反轉(zhuǎn)促進(jìn)結(jié)構(gòu)部件212具有環(huán)的一部分作出切口的截面形狀，夾著絕緣膜設(shè)置在寫(xiě)入字線210的周?chē)?。于是，反轉(zhuǎn)促進(jìn)結(jié)構(gòu)部件212的兩端部為了強(qiáng)化記錄層206的磁化困難軸方向的來(lái)自寫(xiě)入字線210的磁場(chǎng)，而成為在記錄層206磁化困難軸方向上配置的結(jié)構(gòu)(參照?qǐng)D5B)。
環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件209、反轉(zhuǎn)促進(jìn)結(jié)構(gòu)212都由高導(dǎo)磁率材料構(gòu)成。
一般來(lái)說(shuō)，為了促使TMR元件200的記錄層206的磁化反轉(zhuǎn)，一旦在記錄層206的磁化困難軸方向設(shè)置高導(dǎo)磁性體，則由于磁化困難軸方向的磁各向異性能量變小，存儲(chǔ)保持狀態(tài)下記錄層206的磁化方向不穩(wěn)定性加大。
于是，在本實(shí)施例中，如圖5B所示，在記錄層206的附近，為了以高于該磁化困難軸方向的磁各向異性能量減少部分的方式降低磁化容易軸方向的磁各向異性能量，配置成從在磁化容易軸方向設(shè)置的環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件209的端部到記錄層206的距離de，比從在礠化困難軸方向設(shè)置的反轉(zhuǎn)促進(jìn)結(jié)構(gòu)部件212的端部到記錄層206的距離dh小。距離dh如果是距離de1.1倍以上，則效果更顯著。這時(shí)，距離dh小于50nm則更好。此外，在實(shí)用上只要距離dh是距離de的2倍以上就行。
還有，為了進(jìn)一步降低磁化容易軸方向的磁各向異性能量，磁化容易軸方向配置的環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件209的高導(dǎo)磁率磁性體的導(dǎo)磁率選擇這樣的材料，即使其要比磁化困難軸方向配置的反轉(zhuǎn)促進(jìn)結(jié)構(gòu)部件212的高導(dǎo)磁率磁性體的導(dǎo)磁率大3倍。
此外，為了配置成從在磁化容易軸方向設(shè)置的環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件209的端部到記錄層206的距離de比從在磁化困難軸方向設(shè)置的反轉(zhuǎn)促進(jìn)結(jié)構(gòu)部件212的端部到記錄層206的距離dh小，環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件209構(gòu)成為其兩端部從位線208的側(cè)部向TMR元件200的記錄層206延伸，反轉(zhuǎn)促進(jìn)結(jié)構(gòu)部件212的構(gòu)成為其兩端部從寫(xiě)入字線210的側(cè)部向TMR元件200的記錄層206延伸也可以。這時(shí)，如本實(shí)施例那樣，將反轉(zhuǎn)促進(jìn)結(jié)構(gòu)212配置在TMR元件200的下側(cè)，如果將環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件209配置在TMR元件200的上側(cè)，則即使使用普通的制造工序，也能容易地制作磁存儲(chǔ)裝置。
在本實(shí)施例中，環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件209由Ni78Fe22構(gòu)成，反轉(zhuǎn)促進(jìn)結(jié)構(gòu)部件212由Ni45Fe55構(gòu)成。此外，環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件209由包含強(qiáng)磁性體材料的材料構(gòu)成，該包含強(qiáng)磁性體材料的材料是包含Co、Fe、Ni中的至少一種的合金，相對(duì)導(dǎo)磁率最好大于10。
另外，環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件209及反轉(zhuǎn)促進(jìn)結(jié)構(gòu)部件212的具體形狀可作成如第一實(shí)施例中說(shuō)明的圖2A至圖2D中所示的形狀的任一種。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，即使提高存儲(chǔ)密度也可使在存儲(chǔ)單元中使用的磁阻效應(yīng)元件的存儲(chǔ)層的存儲(chǔ)保持狀態(tài)穩(wěn)定性提高。
此外，在本實(shí)施例中，盡管de＜dh且把比反轉(zhuǎn)促進(jìn)結(jié)構(gòu)212的導(dǎo)磁率大的材料用于環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件209中，但是，磁化容易軸向磁各向異性能量只要比磁化困難軸方向的小就行，例如，即使de是dh的約2倍，用導(dǎo)磁率差10倍的組合也能獲得同樣效果。該磁各向異性能量近似地與在其方向上放置的高導(dǎo)磁率材料的導(dǎo)磁率大小成正比例，與其距離成反比。
此外，在本實(shí)施例中，雖然環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件和反轉(zhuǎn)促進(jìn)結(jié)構(gòu)部件與包含記錄層的平面交錯(cuò)，但是，并不一定要與該平面交錯(cuò)。
還有，在本實(shí)施例中，環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件209及反轉(zhuǎn)促進(jìn)結(jié)構(gòu)部件212雖然在寫(xiě)入布線208、210周?chē)鷬A著絕緣膜(未圖示)形成，但也可不夾著絕緣膜形成。在該情況下，環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件209及反轉(zhuǎn)促進(jìn)結(jié)構(gòu)部件212中使用的材料電阻率最好大于在寫(xiě)入布線208、210中使用的材料電阻率，理想的是至少在2倍以上。還有，在該情況下，最好夾著防止各結(jié)構(gòu)部件和布線金屬之間相互擴(kuò)散的阻擋層金屬，例如，如果布線由Cu組成，結(jié)構(gòu)部件是Ni-Fe，則作為阻擋層金屬，可用Co-Fe、TiN、TaN、TiW等。
另外，在以上的第一及第二實(shí)施例中，也可在環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件209的兩端實(shí)現(xiàn)與磁力線閉環(huán)的磁力線方向同向的磁化。而且，如果使用在磁化基準(zhǔn)層上通過(guò)非磁性層反鐵磁性耦合2個(gè)強(qiáng)磁性層的合成結(jié)構(gòu)，那么，由于可減少來(lái)自磁化基準(zhǔn)層的磁耦合，則進(jìn)一步強(qiáng)化本發(fā)明的效果。
而且，環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件也可以是在環(huán)厚度方向(與磁力線閉環(huán)垂直的方向)上伸長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)，即筒狀延伸的結(jié)構(gòu)，也可與相鄰的存儲(chǔ)單元共用。
而且，在上述第一及第二實(shí)施例中，作為在環(huán)狀結(jié)構(gòu)部件中使用的材料，最好是Fe、Fe-Al合金、Fe-Si合金、鐵硅鋁磁合金等的Fe-Si-Al合金、NiFe合金、Fe2O3、以Fe2O3合金為主成分的軟鐵氧體、Fe、Co、Ni和B、Si、P等的非晶態(tài)合金等一般的高導(dǎo)磁率磁性材料。
而且，作為上述第二實(shí)施例的反轉(zhuǎn)促進(jìn)結(jié)構(gòu)部件中所用的材料，最好是包含Ni、Fe、Co中的任一種的高導(dǎo)磁率磁性材料。
并且，在上述第一及第二實(shí)施例中，雖然說(shuō)明將單結(jié)的TMR元件用于存儲(chǔ)單元，但是即使使用雙結(jié)的TMR元件其效果也不變。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，即使提高存儲(chǔ)密度，也能提高在存儲(chǔ)單元中使用的磁阻效應(yīng)元件存儲(chǔ)層的存儲(chǔ)保持狀態(tài)的穩(wěn)定性，可獲得可靠性高的磁存儲(chǔ)裝置。
權(quán)利要求
1.一種磁存儲(chǔ)裝置，其特征在于，具有存儲(chǔ)單元陣列，該存儲(chǔ)單元陣列具有多個(gè)第一寫(xiě)入布線，與這些第一寫(xiě)入布線交錯(cuò)的多個(gè)第二寫(xiě)入布線，和在所述第一寫(xiě)入布線和所述第二寫(xiě)入布線的交錯(cuò)區(qū)域的每一個(gè)上設(shè)置的存儲(chǔ)單元，所述存儲(chǔ)單元在對(duì)應(yīng)的所述第一寫(xiě)入布線和對(duì)應(yīng)的所述第二寫(xiě)入布線被選擇時(shí)，分別被選擇，且具有磁阻效應(yīng)元件，其具有根據(jù)在所述第一及第二寫(xiě)入布線中分別流動(dòng)的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)來(lái)存儲(chǔ)應(yīng)寫(xiě)入信息的存儲(chǔ)層，第一結(jié)構(gòu)部件，設(shè)置成包圍所述第一寫(xiě)入布線，在所述記錄層的磁化容易軸方向上配置所述記錄層和形成磁閉路的兩端部，以及第二結(jié)構(gòu)部件，設(shè)置成包圍所述第二寫(xiě)入布線，在所述記錄層的磁化困難軸方向上配置強(qiáng)化所述記錄層磁化困難軸方向上的磁場(chǎng)的兩端部；將所述第一結(jié)構(gòu)部件的所述兩端部的每一個(gè)配置為，比所述第二結(jié)構(gòu)部件的所述兩端部的每一個(gè)更接近所述記錄層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述第一結(jié)構(gòu)部件由包含強(qiáng)磁性材料的材料構(gòu)成，所述強(qiáng)磁性材料的相對(duì)導(dǎo)磁率大于10。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述磁阻效應(yīng)元件設(shè)置有單個(gè)和兩個(gè)以上具有磁化基準(zhǔn)層、隧道阻擋層和記錄層的隧道結(jié)部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述第一結(jié)構(gòu)部件的所述兩端部被設(shè)置在磁化基準(zhǔn)層的磁化方向上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁存儲(chǔ)裝置，其特征在于，從所述第二結(jié)構(gòu)部件的所述兩端部的每一個(gè)到所述記錄層的距離比從所述第一結(jié)構(gòu)部件的所述兩端部的每一個(gè)到所述記錄層的距離要長(zhǎng)10％以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁存儲(chǔ)裝置，其特征在于，從所述第二結(jié)構(gòu)部件的所述兩端部的每一個(gè)到所述記錄層的距離是從所述第一結(jié)構(gòu)部件的所述兩端部的每一個(gè)到所述記錄層的距離的2倍以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁存儲(chǔ)裝置，其特征在于，從所述第二結(jié)構(gòu)部件的所述兩端部的每一個(gè)到所述記錄層的距離小于50nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述第一結(jié)構(gòu)部件的所述兩端部具有延長(zhǎng)到與所述磁阻效應(yīng)元件的相接部分。
9.一種磁存儲(chǔ)裝置，其特征在于，具有存儲(chǔ)單元陣列，該存儲(chǔ)單元陣列具有多個(gè)第一寫(xiě)入布線，與這些第一寫(xiě)入布線交錯(cuò)的多個(gè)第二寫(xiě)入布線，和在所述第一寫(xiě)入布線和所述第二寫(xiě)入布線的交錯(cuò)區(qū)域的每一個(gè)上設(shè)置的存儲(chǔ)單元，所述存儲(chǔ)單元在對(duì)應(yīng)的所述第一寫(xiě)入布線和對(duì)應(yīng)的所述第二寫(xiě)入布線被選擇時(shí)，分別被選擇，且具有磁阻效應(yīng)元件，其具有根據(jù)在所述第一及第二寫(xiě)入布線中分別流動(dòng)的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)來(lái)存儲(chǔ)應(yīng)寫(xiě)入信息的存儲(chǔ)層，第一結(jié)構(gòu)部件，設(shè)置成包圍所述第一寫(xiě)入布線，在所述記錄層的磁化容易軸方向上配置所述記錄層和形成磁閉路的兩端部，以及第二結(jié)構(gòu)部件，設(shè)置成包圍所述第二寫(xiě)入布線，在所述記錄層的磁化困難軸方向上配置強(qiáng)化所述記錄層磁化困難軸方向上的磁場(chǎng)的兩端部；所述第一結(jié)構(gòu)部件由比所述第二結(jié)構(gòu)部件的導(dǎo)磁率大的材料構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述第一結(jié)構(gòu)部件由包含強(qiáng)磁性材料的材料構(gòu)成，所述強(qiáng)磁性材料的相對(duì)導(dǎo)磁率大于10。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述磁阻效應(yīng)元件設(shè)置有單個(gè)和兩個(gè)以上具有磁化基準(zhǔn)層、隧道阻擋層和記錄層的隧道結(jié)部。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述第一結(jié)構(gòu)部件的所述兩端部被配置在磁化基準(zhǔn)層的磁化方向上。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述第一結(jié)構(gòu)部件的所述兩端部具有延伸到與所述磁阻效應(yīng)元件相接的部分。
14.一種磁存儲(chǔ)裝置，其特征在于，具有存儲(chǔ)單元陣列，該存儲(chǔ)單元陣列具有多個(gè)第一寫(xiě)入布線，與這些第一寫(xiě)入布線交錯(cuò)的多個(gè)第二寫(xiě)入布線，和在所述第一寫(xiě)入布線和所述第二寫(xiě)入布線的交錯(cuò)區(qū)域的每一個(gè)上設(shè)置的存儲(chǔ)單元，所述存儲(chǔ)單元在對(duì)應(yīng)的所述第一寫(xiě)入布線和對(duì)應(yīng)的所述第二寫(xiě)入布線被選擇時(shí)，分別被選擇，且具有磁阻效應(yīng)元件，其具有根據(jù)在所述第一及第二寫(xiě)入布線中分別流動(dòng)的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)來(lái)存儲(chǔ)應(yīng)寫(xiě)入信息的存儲(chǔ)層，第一結(jié)構(gòu)部件，設(shè)置成包圍所述第一寫(xiě)入布線，在所述記錄層的磁化容易軸方向上配置所述記錄層和形成磁閉路的兩端部，以及第二結(jié)構(gòu)部件，設(shè)置成包圍所述第二寫(xiě)入布線，在所述記錄層的磁化困難軸方向上配置強(qiáng)化所述記錄層磁化困難軸方向上的磁場(chǎng)的兩端部；所述第一及第二結(jié)構(gòu)部件分別由包含強(qiáng)磁性材料的材料組成，所述第一結(jié)構(gòu)部件的所述兩端部以配置成比所述第二結(jié)構(gòu)部件的所述兩端部更接近所述記錄層的方式，從所述第一寫(xiě)入布線的側(cè)部向所述磁阻效應(yīng)元件的所述記錄層延伸。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的磁存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述磁阻效應(yīng)元件設(shè)置有單個(gè)和兩個(gè)以上具有磁化基準(zhǔn)層、隧道阻擋層和記錄層的隧道結(jié)部。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的磁存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述第一結(jié)構(gòu)部件的所述兩端部被配置在磁化基準(zhǔn)層的磁化方向上。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的磁存儲(chǔ)裝置，其特征在于，從所述第二結(jié)構(gòu)部件的所述兩端部的每一個(gè)到所述記錄層的距離比從所述第一結(jié)構(gòu)部件的所述兩端部的每一個(gè)到所述記錄層的距離要長(zhǎng)10％以上。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的磁存儲(chǔ)裝置，其特征在于，從所述第二結(jié)構(gòu)部件的所述兩端部的每一個(gè)到所述記錄層的距離小于50nm。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的磁存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述第一結(jié)構(gòu)部件的所述兩端部具有延長(zhǎng)到與所述磁阻效應(yīng)元件相接的部分。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的磁存儲(chǔ)裝置，其特征在于，所述第一結(jié)構(gòu)部件設(shè)置在所述磁阻效應(yīng)元件的上側(cè)，所述第二結(jié)構(gòu)部件設(shè)置在所述磁阻效應(yīng)元件的下側(cè)。
全文摘要
提供一種磁存儲(chǔ)裝置，即使提高存儲(chǔ)密度，也能提高在存儲(chǔ)單元中使用的磁效應(yīng)元件存儲(chǔ)層的存儲(chǔ)維持狀態(tài)穩(wěn)定性，且可靠性高。存儲(chǔ)單元在選擇與第一寫(xiě)入布線對(duì)應(yīng)的第二寫(xiě)入布線時(shí)分別被選擇，且具有磁阻效應(yīng)元件，其具有通過(guò)在第一及第二寫(xiě)入布線上分別流過(guò)電流產(chǎn)生磁場(chǎng)而存儲(chǔ)應(yīng)寫(xiě)入的信息的存儲(chǔ)層；第一結(jié)構(gòu)部件，設(shè)置成包圍第一寫(xiě)入布線，在記錄層磁化容易軸方向上配置記錄層和形成磁閉路的兩端部；和第二結(jié)構(gòu)部件，設(shè)置成包圍第二寫(xiě)入布線，在記錄層磁化困難的軸方向上配置使記錄層磁化困難軸方向磁場(chǎng)強(qiáng)化的兩端部。第一結(jié)構(gòu)部件的兩端部配置成比第二結(jié)構(gòu)部件的兩端部更接近記錄層。
文檔編號(hào)H01L43/08GK1452174SQ0215165
公開(kāi)日2003年10月29日 申請(qǐng)日期2002年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月28日
發(fā)明者天野実, 岸達(dá)也, 與田博明, 斉藤好昭, 高橋茂樹(shù), 上田知正, 西山勝哉, 淺尾吉昭, 巖田佳久 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝