專利名稱：半導體集成電路器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具備包含了磁阻元件的存儲單元的半導體集成電路器件。
背景技術(shù)：
近年，提出了很多種根據(jù)新原理存儲信息的存儲器。作為其中之一，我們知道利用了磁阻效應、特別是Roy Scheuerlein等人提出的隧道型磁阻(Tunneling Magneto-Resistive以下稱作TMR)效應的磁隨機存儲器。
(參考文獻)ISSCC2000 Technical Digest p.128“A 10ns Read and WriteNon-Volatile Memory Array Using a Magnetic Tunnel Junction andFET Switch in each Cell”。
磁隨機存儲器通過TMR元件存儲“1”、“0”信息。如圖18所示，TMR元件具有由兩個磁性層(強磁性層)夾著絕緣層(隧道勢壘層)的構(gòu)造。根據(jù)兩個磁性層的自旋方向是平行或反平行判斷TMR元件中存儲的信息。
這里，如圖19A、圖19B所示，平行意味著兩個磁性層的自旋方向相同，反平行意味著兩個磁性層的自旋方向相反平行(箭頭的方向表示自旋的方向)。
須指出的是，在兩個磁性層的一方一側(cè)配置有反強磁性層。反強磁性層是用于固定一方一側(cè)的磁性層的自旋方向，通過只改變另一方一側(cè)的自旋方向，容易地改寫信息的構(gòu)件。
如圖19A所示，當兩個磁性層的自旋方向平行時，夾在這兩個磁性層中的絕緣層(隧道勢壘層)的隧道電阻變得最低。該狀態(tài)例如是“1”狀態(tài)。
此外，如圖19B所示，當兩個磁性層的自旋方向變?yōu)榉雌叫袝r，夾在這兩個磁性層中的絕緣層(隧道勢壘層)的隧道電阻變得最高。該狀態(tài)例如是“0”狀態(tài)。
下面，參照圖20簡單說明對于TMR元件的寫入動作原理。
TMR元件配置在彼此交叉的寫入字線WWL和數(shù)據(jù)選擇線(位線)BL的交點上。而且，分別使電流流過寫入字線WWL和數(shù)據(jù)選擇線BL，使用由流過兩布線的電流產(chǎn)生的磁場，通過使TMR元件的自旋方向平行或反平行，實現(xiàn)了寫入。
在寫入時，只使向著一個方向的電流流過數(shù)據(jù)選擇線BL，按照寫入數(shù)據(jù)，向著一個方向或另一方向的電流流過寫入字線WWL。當向著一個方向的電流流過寫入字線WWL時，TMR元件的自旋方向變?yōu)槠叫?“1”狀態(tài))。而當向著另一方向的電流流過寫入字線WWL時，TMR元件的自旋方向變?yōu)榉雌叫?“0”狀態(tài))。
以下說明TMR元件的自旋方向改變的情況。
如圖21A的TMR曲線所示，如果在TMR元件的長邊(易磁化軸)方向作用磁場Hx，則TMR元件的電阻值例如變化17％左右。該變化率即變化前后的電阻比被稱作MR比。
須指出的是，MR比根據(jù)磁性層的性質(zhì)變化?，F(xiàn)在，能取得MR比為50％左右的TMR元件。
在TMR元件上作用易磁化軸方向的磁場Hx和難磁化軸方向的磁場Hy的合成磁場。如圖21A的實線和虛線所示，根據(jù)難磁化軸方向的磁場Hy的大小，為了改變TMR元件的電阻值所必要的易磁化軸方向的磁場Hx的大小也變化。通過利用該現(xiàn)象，能把數(shù)據(jù)只寫入存在于配置為陣列狀的存儲單元中選擇的寫入字線WWL和選擇的數(shù)據(jù)選擇線BL的交點的TMR元件中。
參照圖21B的星形曲線說明該情形。
TMR元件的星形曲線例如如圖21B的實線所示。即易磁化軸方向的磁場Hx和難磁化軸方向的磁場Hy的合成磁場的大小如果位于星形曲線(實線)外側(cè)(例如黑圈的位置)，就能使磁性層的自旋方向顛倒。
相反，當易磁化軸方向的磁場Hx和難磁化軸方向的磁場Hy的合成磁場的大小位于星形曲線(實線)內(nèi)側(cè)(例如白圈的位置)時，就無法使磁性層的方向顛倒。
因此，通過改變易磁化軸方向的磁場Hx和難磁化軸方向的磁場Hy的合成磁場的大小，改變合成磁場的大小在Hx-Hy平面內(nèi)的位置，就能控制對TMR元件的數(shù)據(jù)寫入。
須指出的是，通過使電流流過選擇的TMR元件，檢測該TMR元件的電阻值，就能進行讀出。
在這樣的磁隨機存儲器中也摸索了多位的動作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明第一方面的半導體集成電路器件包括具有多條數(shù)據(jù)線的數(shù)據(jù)線群；具有多條位線的第一位線群；根據(jù)第一列選擇信號，把所述第一位線群電連接在所述數(shù)據(jù)線群上的第一列選通電路；包含多條位線的第二位線群；根據(jù)與所述第一列選擇信號不同的第二列選擇信號，把所述第二位線群電連接在所述數(shù)據(jù)線群上的第二列選通電路；與所述第一、第二位線群中包含的多條位線交叉的多條字線；電連接在所述第一、第二位線群中包含的多條位線上，并且由所述多條字線選擇的包含磁阻元件的多個存儲單元；其中所述磁阻元件的自旋方向從平面觀察垂直于所述第一、第二位線群中包含的多條位線。
本發(fā)明第二方面的半導體集成電路器件包括具有多條數(shù)據(jù)線的數(shù)據(jù)線群；具有多條位線的第一位線群；根據(jù)第一列選擇信號，把所述第一位線群電連接在所述數(shù)據(jù)線群上的第一列選通電路；包含多條位線的第二位線群；根據(jù)與所述第一列選擇信號不同的第二列選擇信號，把所述第二位線群電連接在所述數(shù)據(jù)線群上的第二列選通電路；與所述第一、第二位線群中包含的多條位線交叉的多條字線；電連接在所述第一、第二位線群中包含的多條位線上，并且由所述多條字線選擇的包含磁阻元件的多個存儲單元；其中所述磁阻元件從平面觀察是具有短邊和長邊的長方形，其長邊從平面觀察與第一、第二位線群中包含的多條位線交叉。
本發(fā)明第三方面的半導體集成電路器件包括具有多條數(shù)據(jù)線的數(shù)據(jù)線群；具有多條位線的第一位線群；根據(jù)第一列選擇信號，把所述第一位線群電連接在所述數(shù)據(jù)線群上的第一列選通電路；包含多條位線的第二位線群；根據(jù)與所述第一列選擇信號不同的第二列選擇信號，把所述第二位線群電連接在所述數(shù)據(jù)線群上的第二列選通電路；與所述第一、第二位線群中包含的多條位線交叉的多條字線；電連接在所述第一、第二位線群中包含的多條位線上，并且由所述多條字線選擇的包含磁阻元件的多個存儲單元；其中所述磁阻元件從平面觀察是具有短邊和長邊的平行四邊形，它的長邊從平面觀察與第一、第二位線群中包含的多條位線交叉。


下面簡要說明附圖。
圖1是表示本發(fā)明實施例1的磁隨機存儲器的框圖。
圖2是本發(fā)明實施例1的磁隨機存儲器的等價電路圖。
圖3是本發(fā)明實施例1的磁隨機存儲器的平面圖。
圖4A、圖4B分別是表示本發(fā)明實施例1的磁隨機存儲器的自旋方向的剖視圖。
圖5A是表示存儲單元的一個例子的平面圖。
圖5B是沿著圖5A中的5B-5B線的剖視圖。
圖5C是沿著圖5A中的5C-5C線的剖視圖。
圖5D是圖5A所示的存儲單元的等價電路圖。
圖6是表示本發(fā)明實施例2的磁隨機存儲器的平面圖。
圖7是表示本發(fā)明實施例3的磁隨機存儲器的平面圖。
圖8是表示存儲單元的其他例子的剖視圖。
圖9是表示存儲單元的其他例子的剖視圖。
圖10A是表示磁阻元件的第一例的剖視圖。
圖10B是表示磁阻元件的第二例的剖視圖。
圖10C是表示磁阻元件的第三例的剖視圖。
圖10D是表示磁阻元件的第四例的剖視圖。
圖11是用于說明本發(fā)明實施例1～11的MRAM的應用例1，是表示數(shù)字用戶線(DSL)用調(diào)制解調(diào)器的DSL數(shù)據(jù)總線部分的框圖。
圖12是用于說明本發(fā)明實施例1～11的MRAM的應用例2，是表示移動電話終端的框圖。
圖13是用于說明本發(fā)明實施例1～11的MRAM的應用例3，是表示把MRAM應用于收藏Smart Media等媒體內(nèi)容的卡(MRAM卡)中的例子的俯視圖。
圖14是表示用于向MRAM卡復制數(shù)據(jù)的復制裝置的平面圖。
圖15是表示用于向MRAM卡復制數(shù)據(jù)的復制裝置的剖視圖。
圖16是表示用于向MRAM卡復制數(shù)據(jù)的嵌入型復制裝置的剖視圖。
圖17是表示用于向MRAM卡復制數(shù)據(jù)的滑動型復制裝置的剖視圖。
圖18是表示TMR元件的剖視圖。
圖19A和圖19B是表示TMR效應的圖。
圖20是表示數(shù)據(jù)寫入動作的原理圖。
圖21A是表示TMR曲線的圖。
圖21B是表示星形曲線的圖。
具體實施例方式
下面，參照

本發(fā)明的實施例。在說明時，在全部圖中，對于公共部分采用了公共的參照符號。
(實施例1)圖1是表示本發(fā)明實施例1的磁隨機存儲器的框圖，圖2是表示同一磁隨機存儲器的等價電路圖，圖3是同一磁隨機存儲器的平面圖。
如圖1～圖3所示，實施例1的磁隨機存儲器包含數(shù)據(jù)線群1、第1～第N位線群2-0～2-N、第1～第N列選通電路CG0～CGN、多條讀出字線RWL0～RWL7…、多條寫入字線WWL0～WWL7、具有磁阻元件的多個存儲單元。
數(shù)據(jù)線群1包含多條數(shù)據(jù)線。在本實施例中，包含4條數(shù)據(jù)線I/O0～I/O3。數(shù)據(jù)線I/O0～I/O3電連接在讀出放大器電路(S/A)3、位線驅(qū)動電路和位線吸收器電路(BL.DRV./BL.SNK.)4上。讀出放大器電路3在讀出數(shù)據(jù)時，把傳給數(shù)據(jù)線I/O0～I/O3的讀出數(shù)據(jù)與參照電位比較，判斷讀出數(shù)據(jù)的邏輯值，把與該數(shù)據(jù)的邏輯值對應的電位放大。位線驅(qū)動電路和位線吸收器電路4是在寫入時控制流過位線的寫入電流的方向的電路。
第1～第N位線群2-0～2-N分別包含多條位線。在本實施例中，分別包含4條位線BL00～BL30、BL01～31、BL02～32、BL0N～BL3N。此外，本實施例的位線BL00～BL3N分別是讀出和寫入兼用。位線BL00～BL3N的一端連接在位線驅(qū)動電路和位線吸收器電路(BL.DRV./BL.SNK.)5上，另一端連接在第1～第N列選通電路CG0～CGN上，根據(jù)第1～第N列選擇信號CSL0～CSLN，把第1～第N位線群2-0～2-N的任意一個電連接在數(shù)據(jù)線群1上。第1～第N列選擇信號CSL0～CSLN例如從列解碼器(COL. DEC.)6輸出。列解碼器6例如根據(jù)列地址AC的邏輯值，使第1～第N列選擇信號CSL0～CSLN的任意一個例如為“HIGH”電平。據(jù)此，選擇了第1～第N列選通電路CG0～CGN的任意一個，連接在選擇的列選通電路上的位線群電連接在數(shù)據(jù)線群1上。這樣，通過使位線群電連接在數(shù)據(jù)線群1上，本實施例1的磁隨機存儲器進行了多位動作。多位動作是指用多位同時進行數(shù)據(jù)讀出或數(shù)據(jù)寫入的動作。在本實施例中，用4位同時進行數(shù)據(jù)的讀出或數(shù)據(jù)的寫入。位線驅(qū)動電路和位線吸收器電路5在數(shù)據(jù)的寫入時，與位線驅(qū)動電路和位線吸收器電路4一起控制流過位線的寫入電流的方向。
多條讀出字線RWL0～RWL7…和多條寫入字線WWL0～WWL7例如在存儲單元陣列7中與位線BL00～L3N交叉。讀出字線RWL0～RWL7…的一端連接在讀出字線驅(qū)動電路和寫入字線驅(qū)動電路(RWL.DRV./WWL.DRV.)8中的讀出字線驅(qū)動電路上。寫入字線WWL0～WWL7…的一端連接在讀出字線驅(qū)動電路和寫入字線驅(qū)動電路8中的寫入字線驅(qū)動電路上，另一端連接在寫入字線吸收器電路(WWL.SNK.)9上。
在存儲單元陣列7中，包含磁阻元件的多個存儲單元10例如配置為矩陣狀。磁阻元件的一個例子是利用了隧道型磁阻(TunnelingMagneto-ResistiveTMR)效應的所謂TMR元件。多個存儲單元10分別電連接在位線BL上，并且由讀出字線選擇。
行解碼器11在數(shù)據(jù)的讀出時或數(shù)據(jù)的寫入時，選擇存儲單元陣列7的行。行解碼器11例如根據(jù)行地址R.ADD.的邏輯值，通過讀出字線驅(qū)動電路和寫入字線驅(qū)動電路8使讀出字線RWL或?qū)懭胱志€WWL的任意一個例如為“HIGH”電平。據(jù)此，選擇存儲單元陣列7的行。
存儲單元的一個例子例如如圖2的等價電路圖所示，能列舉出MOSFET為開關(guān)元件的例子。此外，作為開關(guān)元件，代替MOSFET，能運用使用了二極管的存儲單元。
下面，說明它的動作的一個例子。
如圖3所示，如果選擇了列地址AC＝1，就選擇了位線群2-1，屬于它的4條位線同時工作。而且，如果選擇了1條寫入字線，就同時選擇了圖中作為選擇單元而表示的4位。當向同時選擇的4位分別寫入任意的數(shù)據(jù)時，則本例子中，電流向一個方向流過選擇的寫入字線。據(jù)此，同一方向的磁場提供給4位。當向4位分別寫入任意的數(shù)據(jù)時，任意方向的電流流過選擇的4條位線。據(jù)此，TMR元件的磁記錄層的自旋方向改變。在本例子中，TMR元件的自旋方向從平面觀察垂直于位線。在圖4A、圖4B的截面表示TMR元件的自旋方向。
如圖4A、4B所示，通過使TMR元件的自旋方向從平面觀察垂直于位線，能同時向多位寫入數(shù)據(jù)。
此外，在半導體工藝中，金屬布線越變?yōu)樯蠈樱季€寬度就變得越粗。因此，如圖4A、圖4B所示，位于TMR元件上部的位線的寬度比位于下部的位線的寬度大。當TMR元件為長方形時， 自旋向著TMR元件的長邊方向。因此，對于TMR元件的自旋方向，與位于TMR元件之下的布線相比，最好以流過位于TMR元件之上的布線電流方向改變自旋方向。
這樣，如果根據(jù)實施例1，則TMR元件的自旋方向從平面觀察垂直于位線。據(jù)此，在數(shù)據(jù)的寫入時，不用寫入字線，而是用位線能改變與數(shù)據(jù)的“0”、“1”對應的寫入電流的方向。結(jié)果，既具備包含磁阻元件的存儲單元，也能同時向多位寫入數(shù)據(jù)。
下面，說明能在本發(fā)明的磁隨機存儲器中能使用的存儲單元的例子。
圖5A是表示本發(fā)明的磁隨機存儲器中能使用的存儲單元的第一例的平面圖，圖5B是沿著圖5A中的5B-5B線的剖視圖，圖5C是沿著圖5A中的5C-5C線的剖視圖，圖5D是第一例的存儲單元的等價電路圖。
如圖5A～圖5D所示，本第一例作為包含磁阻元件的存儲單元，是包含一個磁阻元件12和一個單元晶體管13的1磁阻元件-1晶體管型的存儲單元。
單元晶體管13例如形成在P型硅襯底21的元件區(qū)域中。元件區(qū)域由形成在襯底21上的元件分離區(qū)域22劃分。單元晶體管13具有柵電極24和N型源漏區(qū)25。柵電極24與襯底21通過柵絕緣膜、例如柵氧化膜23絕緣，在第一方向延伸，作為讀出字線RWL起作用。在單元晶體管13的上方形成有源線(SL)26-1、單元內(nèi)引線26-2。它們例如由第一層金屬層形成。源線26-1在與讀出字線RWL相同的第一方向延伸，通過第一層金屬-襯底接點27連接在單元晶體管的源漏區(qū)25的一方例如源區(qū)上。單元內(nèi)引線26-2通過第一層金屬-襯底接點27連接在單元晶體管的源漏區(qū)25的另一方例如漏區(qū)上。在源線26-1和單元內(nèi)引線26-2的上方形成寫入字線(WWL)28-1和單元內(nèi)引線28-2。它們例如由第二層金屬層形成。單元內(nèi)引線28-2通過第二層金屬-第一層金屬接點29連接在單元內(nèi)引線26-2上。寫入字線28-1在與寫入字線RWL相同的第一方向形成并延伸。在寫入字線28-1和單元內(nèi)引線28-2的上方形成了單元內(nèi)局部布線30。單元內(nèi)局部布線例如由第三層金屬層形成。單元內(nèi)局部布線30通過第三層金屬-第二層金屬接點31連接在單元內(nèi)引線28-2上。在單元內(nèi)局部布線30上形成有磁阻元件12例如TMR元件。TMR元件包含由磁性層例如強磁性層構(gòu)成的磁化固定層31和磁記錄層32、形成在磁化固定層31和磁記錄層32之間的由絕緣性非磁性層構(gòu)成的隧道勢壘層33。磁化固定層31是固定自旋方向的層，磁記錄層32是按照寫入磁場改變自旋方向的層。本例子的TMR元件的形狀如圖5A的平面圖所示，是從平面觀察具有短邊34和長邊35的長方形。在TMR元件的加工后，一邊外加磁場，一邊進行退火，決定了磁化固定層31的自旋方向。這時，如果TMR元件的形狀為長方形，則自旋方向穩(wěn)定為向著長邊方向，所以與長邊方向平行外加磁場。此外，TMR元件配置為其長邊方向沿著寫入字線延伸的28-1的第一方向。據(jù)此，TMR元件的易磁化軸沿著寫入字線28-1延伸的第一方向。磁化固定層31連接在單元內(nèi)局部布線30上，磁記錄層32連接在位線(BL)36上。位線36例如由第四層金屬層形成。而且，在與第一方向正交的第二方向形成并延伸。據(jù)此，TMR元件的長邊如圖5A的平面圖所示，從與平面觀察與位線36交叉例如正交。
(實施例2)圖6是表示本發(fā)明實施例2的磁隨機存儲器的平面圖。
如圖6所示，本實施例2是TMR元件的自旋方向從平面觀察，對于位線從垂直具有傾斜的例子。這時，TMR元件的平面形狀從平面觀察成為具有短邊和長邊的平行四邊形例如菱形。當TMR元件為平行四邊形時，TMR元件的自旋方向從平面觀察，對于位線從垂直具有傾斜。TMR元件為平行四邊形，并且如圖6所示，通過交替配置向右側(cè)傾斜的TMR元件和向左側(cè)傾斜的TMR元件，能抑制數(shù)據(jù)寫入時的串擾。
參照文獻美國專利第6,005,800。
在本實施例2中，當TMR元件的平面形狀是從平面觀察具有短邊和長邊的平行四邊形時，把它的長邊配置為從平面觀察與位線交叉。
據(jù)此，與實施例1同樣，在數(shù)據(jù)的寫入時，不用寫入字線，而是用位線能改變與數(shù)據(jù)的“0”、“1”對應的寫入電流的方向。因此，與實施例1同樣，能同時向多位寫入數(shù)據(jù)。
(實施例3)圖7是本發(fā)明實施例3的磁隨機存儲器的平面圖。
如圖7所示，實施例3是使位線群間的間隔P2比位線群內(nèi)的位線間的間隔P1寬。
據(jù)此，在數(shù)據(jù)的寫入時，能抑制基于流過選擇的位線群的寫入電流的磁場影響波及未選擇的位線。據(jù)此，能抑制數(shù)據(jù)寫入時的串擾。
此外，在數(shù)據(jù)的寫入時，在選擇的位線群的多條位線中，分別流過寫入電流，所以難以發(fā)生串擾。因此，位線群內(nèi)的位線間的間隔能比位線群間的間隔還窄。據(jù)此，能促進存儲單元陣列的高密度化。
此外，使磁阻元件間的間隔比位線群內(nèi)以及位線群間的間隔還寬也能取得所述同樣的效果。
本實施例3能與實施例2組合。
在實施例1中，作為存儲單元的一個例子，表示了具有一個磁阻元件和一個單元晶體管的1磁阻元件-1單元晶體管型的存儲單元。
可是，在本發(fā)明中也能使用1磁阻元件-1單元晶體管型的存儲單元以外的存儲單元。
例如，作為圖8所示的開關(guān)元件，代替晶體管，能使用應用了二極管的單元、圖9所示的沒有開關(guān)元件的所謂的交叉點型單元等。
作為實施例1～3的磁隨機存儲器的存儲單元，當使用了這些單元時，也能取得與實施例1～3同樣的效果。
[第一例]在實施例1～3中說明的磁阻效應元件3中能使用TMR元件。下面，說明TMR元件的幾個例子。
圖10A是表示TMR元件的第一例的剖視圖。
如圖10A所示，在底層150上依次形成反強磁性層151、強磁性層152、隧道勢壘層153、強磁性層154和保護層155。
在本例子中，強磁性層152作為固定自旋方向的磁化固定層起作用，強磁性層154作為自旋方向變化的磁記錄層起作用。反強磁性層151是固定強磁性層152的自旋方向的層。例如，可以使用反強磁性層151固定作為磁化固定層起作用的強磁性層152的自旋方向。
須指出的是，底層151例如是用于容易形成或保護強磁性層或反強磁性層的層，按照必要而設(shè)置。保護層155例如是用于保護強磁性層或反強磁性層的層，與底層151同樣按照必要而設(shè)置。例如可以利用對反強磁性層151、強磁性層152、隧道勢壘層153、強磁性層154和保護層155構(gòu)圖時的硬掩模層形成保護層155。
關(guān)于底層151以及保護層155的事項在以下說明的第二～第四例中也是同樣的。
作為強磁性層152、154的材料例，能列舉出以下的材料。
Fe、Co、Ni或它們的合金自旋極化率大的磁鐵礦CrO2、RXMnO3-y等的氧化物(R稀土類，XCa、Ba、Sr)NiMnSb、PtMnSb等惠斯勒合金(Heusler alloy)須指出的是，在所述強磁性體152、154的材料例中，例如在不失去強磁性的范圍內(nèi)，也可以包含非磁性元素。
作為非磁性元素的例子，能列舉出以下的元素。
Ag、Cu、Au、Al、Mg、Si、Bi、Ta、B、C、O、N、Pd、Pt、Zr、Ir、W、Mo、Nb強磁性層152、154的厚度的例子為強磁性層152、154不變成超順磁性(super-paramagnetic)程度的厚度以上。具體的例子為強磁性層152、154是0.4nm以上。此外，雖然沒有強磁性層152、154的厚度上限，但是TMR元件的制作上最好在100nm以下。
作為反強磁性層151的材料例，能列舉出以下的材料。
Fe-Mn、Pt-Mn、Pt-Cr-Mn、Ni-Mn、Ir-Mn、NiO、Fe2O3作為隧道勢壘層153的材料例，能列舉出以下的材料。
Al2O3、SiO2、MgO、AlN、Bi2O3、MgF2、CaF2、SrTiO2、AlLaO3須指出的是，在所述隧道勢壘層153的材料例中，例如在不失去絕緣性的范圍內(nèi)，還可以包含氧、氮和氟的至少一種，例如在不失去絕緣性的范圍內(nèi)，可以缺少氧、氮和氟的至少任意一種。
雖然希望隧道勢壘層153的厚度薄，但是并未特別限制，如果表示一個例子，則隧道勢壘層153的厚度為10nm以下。這是從TMR元件的制作上的觀點出發(fā)。
圖10B是表示TMR元件的第二例的剖視圖。
第二例的TMR元件是稱作雙結(jié)型的TMR元件。
如圖40B所示，在底層150上依次形成反強磁性層151-1、強磁性層152-1、隧道勢壘層153-1、強磁性層154、隧道勢壘層153-2、強磁性層152-2、反強磁性層151-2和保護層155。
在本例子中，強磁性層152-1、152-2作為磁化固定層起作用，強磁性層154作為磁記錄層起作用。反強磁性層151-1是固定強磁性層152-1的自旋方向的層，反強磁性層151-2是固定強磁性層152-2的自旋方向的層。
本例子的雙結(jié)型的TMR元件與圖40A所示的TMR元件(單結(jié)型)相比，具有能進一步增大低電阻時的電阻值和高電阻時的電阻值的比即所謂的MR比(magneto-resistance ratio)的優(yōu)點。
反強磁性層151-1、151-2、強磁性層152-1、152-2、154以及隧道勢壘層153-1、153-2的各材料例象所述第一例說明的那樣。
此外，強磁性層151-1、151-2、154的各厚度例象所述第一例說明的那樣。
此外，隧道勢壘層153-1、153-2的材料例和厚度例象所述第一例說明的那樣。
圖10C是表示TMR元件的第三例的剖視圖。
如圖10C所示，第三例的TMR元件是使第一例的TMR元件的強磁性層152、154為強磁性層和非磁性層的層疊構(gòu)造。作為層疊構(gòu)造，如本例子所示，能列舉出強磁性層/非磁性層/強磁性層的三層膜。在本例子中，強磁性層152是強磁性層161/非磁性層162/強磁性層163的三層膜，強磁性層154是強磁性層164/非磁性層165/強磁性層166的三層膜。
強磁性層161、163、164、166的材料例象所述第一例說明的那樣。
非磁性層162、165的材料例能列舉以下的材料。
Ru、Ir如果列舉強磁性層/非磁性層/強磁性層的三層膜的具體例，則能列舉以下的例子。
Co/Ru/Co、Co/Ir/CoCo-Fe/Ru/Co-Fe、Co-Fe/Ir/Co-Fe當作為磁化固定層起作用的強磁性層152為層疊構(gòu)造時，例如當為強磁性層161/非磁性層162/強磁性層163的三層膜時，在強磁性層161和強磁性層163之間隔著非磁性層162產(chǎn)生反強磁性結(jié)。再挨著三層膜設(shè)置反強磁性層151。通過采用這樣的構(gòu)造，能進一步牢固地固定作為磁化固定層起作用的強磁性層152特別是強磁性層163的自旋方向。由于該優(yōu)點，強磁性層152特別是強磁性層163很難受電流磁場的影響，能抑制作為磁化固定層起作用的強磁性層152的自旋方向意外顛倒。
此外，當作為磁記錄層起作用的強磁性層154為層疊構(gòu)造時，例如為強磁性層164/非磁性層165/強磁性層166的三層膜時，在強磁性層164和強磁性層166之間隔著非磁性層產(chǎn)生反強磁性結(jié)。這時，磁通量在所述三層膜內(nèi)閉合，所以例如能抑制磁極引起的開關(guān)磁場的增大。結(jié)果，即使存儲單元的大小或TMR元件的大小變?yōu)閬單⒚滓韵?，也能取得能抑制反磁場引起的電流磁場導致的耗電增大的?yōu)點。
此外，作為磁記錄層起作用的強磁性層154也能是軟強磁性層和強磁性層的層疊構(gòu)造。這里描述的軟強磁性層是指與強磁性層相比，自旋方向容易顛倒的層。
當強磁性層154為軟強磁性層和強磁性層的層疊構(gòu)造時，在靠近電流磁場布線例如位線的一方配置軟強磁性層。
在該層疊構(gòu)造中還能包含非磁性層。例如，當如本例子所示，為強磁性層164/非磁性層165/強磁性層166的三層膜時，例如強磁性層166可以是軟強磁性層。
在本例子中，強磁性層152、154分別為層疊構(gòu)造，但是也可以是只有強磁性層152或只有強磁性層154為層疊構(gòu)造。
圖10D是表示TMR元件的第四例的剖視圖。
如圖10D所示，第四例的TMR元件是第二例的TMR元件的強磁性層152-1、154、152-2為第三例描述的層疊構(gòu)造的例子。
在本例子中，強磁性層152-1為強磁性層161-1/非磁性層162-1/強磁性層163-1的三層膜，強磁性層154為強磁性層164/非磁性層165/強磁性層166的三層膜，強磁性層152-2為強磁性層161-2/非磁性層162-2/強磁性層163-2的三層膜。
強磁性層161-1、161-2、163-1、163-2、164、166的材料例如所述第一例說明的那樣。
非磁性層162-1、162-2、165的材料例如所述第三例說明的那樣。
在本例子中，強磁性層152-1、154、152-2分別為層疊構(gòu)造，但是可以至少任意一層為層疊構(gòu)造。
須指出的是，本發(fā)明的實施例1～3的磁隨機存儲器(半導體存儲器件)能應用于各種裝置。如圖11～圖17表示了這些應用例的幾個。
(應用例1)圖11抽出表示數(shù)字用戶線(DSL)用調(diào)制解調(diào)器的DSL數(shù)據(jù)總線部分。該調(diào)制解調(diào)器包含可編程數(shù)字信號處理器(DSPDigitalSignal Processor)100、模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器110、發(fā)送驅(qū)動器130、接收機放大器140等。在圖11中，雖然省略了帶通濾波器，但是作為用于保持線路代碼程序(用于按照用DSP執(zhí)行的代碼化的用戶線路信息、傳輸條件等(線路代碼；QAM、CAP、RSK、FM、AM、PAM、DWMT等)選擇調(diào)制解調(diào)器并使其工作的程序)的各種類型選擇存儲器，表示了本實施例的磁隨機存儲器170和EEPROM180。
須指出的是，在本應用例中，作為用于保持線路代碼程序的存儲器，使用磁隨機存儲器170和EEPROM180，但是也可以把EEPROM180置換為磁隨機存儲器。即不使用兩種存儲器，可以只使用磁隨機存儲器而構(gòu)成。
(應用例2)圖12表示移動電話終端300作為其他應用例。實現(xiàn)通信功能的通信部200具有收發(fā)天線201、天線公用器202、接收部203、基帶處理部204、作為多媒體數(shù)字信號編解碼器而使用的DSP205、揚聲器(受話器)206、麥克風(送話器)207、發(fā)送部208和頻率合成器299等。
此外，在該移動電話終端300中設(shè)置有控制該移動電話終端的各部的控制部220?？刂撇?20是通過CPU總線連接CPU221、ROM222、本實施例的磁隨機存儲器(MRAM)223、閃存224而形成的微型計算機。在所述ROM222中預先存儲著CPU221執(zhí)行的程序或用于顯示的字體等必要的數(shù)據(jù)。MRAM223主要作為工作區(qū)使用，在CPU221執(zhí)行程序時，按照必要存儲計算途中的數(shù)據(jù)等，或暫時存儲控制部220和各部間交換的數(shù)據(jù)時使用。此外，閃存224是當即使移動電話終端300的電源斷開，也存儲之前的設(shè)定條件等，在下次電源接通時采用相同的設(shè)定的使用方法時，預先存儲這些設(shè)定參數(shù)。據(jù)此，即使移動電話終端300的電源斷開，也不會刪除存儲的設(shè)定參數(shù)。
在該移動電話終端300中設(shè)置有音頻再現(xiàn)處理部211、外部輸出端子212、LCD控制器213、顯示用的LCD(液晶顯示器)214、產(chǎn)生呼叫音的振鈴器215。所述音頻再現(xiàn)處理部211再現(xiàn)輸入到移動電話終端300的音頻信息(或者存儲在后面描述的外部存儲器240中的音頻信息)。再現(xiàn)的音頻信息通過外部輸出端子212傳輸給耳機或便攜式揚聲器等，能取出到外部。這樣，通過設(shè)置音頻再現(xiàn)處理部211，音頻信息的再現(xiàn)成為可能。所述LCD控制器213例如通過CPU總線225接收來自所述CPU221的顯示信息，轉(zhuǎn)換為用于控制LCD214的LCD控制信息，驅(qū)動LCD214，進行顯示。
在所述移動電話終端300中，設(shè)置有接口電路(I/F)231、233、235、外部存儲器240、外部存儲器插槽232、鍵盤操作部234、外部輸入輸出端子236。在所述外部存儲器插槽232中插入存儲卡等外部存儲器240。該外部存儲器插槽232通過接口電路(I/F)231連接在CPU總線225上。這樣，通過在移動電話終端300上設(shè)置插槽232，能把移動電話終端300的內(nèi)部信息寫入外部存儲器240中，或者把存儲在外部存儲器240中的信息(例如音頻信息)輸入到移動電話終端300中。所述鍵盤操作部234通過接口電路(I/F)233連接在CPU總線225上。從鍵盤操作部234輸入的鍵輸入信息例如傳輸給CPU221。所述外部輸入輸出端子236通過接口電路(I/F)233連接在CPU總線225上，作為從外部向移動電話終端300輸入各種信息或從移動電話終端300向外部輸出信息時的端子起作用。
須指出的是，在本應用例中，使用了ROM222、MRAM223和閃存224，但是可以把閃存224置換為磁隨機存儲器，也可以把ROM22也置換為磁隨機存儲器。
(應用例3)圖13～圖17分別表示把磁隨機存儲器應用于收容了SmartMedia等媒體內(nèi)容的卡(MRAM卡)中的例子。
在MRAM卡主體400中內(nèi)置有MRAM芯片401。在該MRAM卡主體400中，在與MRAM芯片401對應的位置形成開口部402，MRAM芯片401露出。在該開口部402設(shè)置有開閉器403，在該MRAM卡的攜帶時，用開閉器403保護MRAM芯片401。該開閉器403是具有屏蔽外部磁場的效果的材料，例如由陶瓷構(gòu)成。當復制數(shù)據(jù)時，打開開閉器403，使MRAM芯片401露出而進行。外部端子404用于把存儲在MRAM卡中的內(nèi)容數(shù)據(jù)取出到外部。
圖14和圖15分別表示用于把數(shù)據(jù)復制到所述MRAM卡中的復制裝置。圖14是卡插入型的復制裝置的俯視圖，圖15是它的剖視圖。按箭頭所示，把最終用戶使用的第 MRAM卡從復制裝置500的插入部510插入，插入到停止部520為止。停止部520作為用于使第一MRAM550和第二MRAM卡450對位的構(gòu)件工作。如果把第二MRAM卡450配置在給定位置，則控制信號從第一MRAM數(shù)據(jù)改寫控制部提供給外部端子530，存儲在第一MRAM550中的數(shù)據(jù)復制到第二MRAM卡450中。
圖16表示了嵌入型的復制裝置。該復制裝置如箭頭所示，是以停止部520為目標，嵌入第二MRAM卡450，使它放置在第一MRAM550上的類型。關(guān)于復制方法，與卡插入型相同，所以省略說明。
在圖17中表示了滑動型的復制裝置。該復制裝置與CD-ROM驅(qū)動器或DVD驅(qū)動器同樣，在復制裝置500中設(shè)置滑動托盤560，該滑動托盤560按箭頭所示移動。當滑動托盤560移動到虛線的位置時，把第二MRAM卡450放置到滑動托盤560上，把第二MRAM卡450搬運到復制裝置500的內(nèi)部。搬運到第二MRAM卡450的頂端部接觸停止部520的點以及復制方法與卡插入型相同，所以省略說明。
以上通過實施例1～3說明了本發(fā)明，但是它們并不局限于實施例，在實施時，在不脫離發(fā)明的宗旨的范圍中能進行各種變形。
此外，所述實施例1～3分別能單獨實施，但是也能適當組合實施。
此外，在實施例1～3中，包含各種階段的發(fā)明，通過在各實施例中描述的多個構(gòu)成要件的適當組合，能抽出各種階段的發(fā)明。
此外，在實施例1～3中，根據(jù)把本發(fā)明應用御磁隨機存儲器的例子進行了說明，但是內(nèi)置了所述磁隨機存儲器的半導體集成電路器件例如處理器、系統(tǒng)LSI等也是本發(fā)明的范疇。
根據(jù)所述實施例1～3，能提供具備包含磁阻元件的存儲單元，并且能同時向多位寫入數(shù)據(jù)的半導體集成電路器件。
對那些熟知本技術(shù)的人來說，能很容易取得附加的利益和修改。因此，本發(fā)明在它更廣闊的范圍并不局限于這里描述的特定細節(jié)和代表實施例。因此，在不脫離附加的權(quán)利要求書和它們的相等物中定義的通用發(fā)明概念的精神和范圍的前提下，能進行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種半導體集成電路器件，包括具有多條數(shù)據(jù)線的數(shù)據(jù)線群；具有多條位線的第一位線群；根據(jù)第一列選擇信號，把所述第一位線群電連接在所述數(shù)據(jù)線群上的第一列選通電路；包含多條位線的第二位線群；根據(jù)與所述第一列選擇信號不同的第二列選擇信號，把所述第二位線群電連接在所述數(shù)據(jù)線群上的第二列選通電路；與所述第一、第二位線群中包含的多條位線交叉的多條字線；電連接在所述第一、第二位線群中包含的多條位線上，并且由所述多條字線選擇的包含磁阻元件的多個存儲單元；其中所述磁阻元件的自旋方向從平面觀察垂直于所述第一、第二位線群中包含的多條位線。
2.一種半導體集成電路器件，包括具有多條數(shù)據(jù)線的數(shù)據(jù)線群；具有多條位線的第一位線群；根據(jù)第一列選擇信號，把所述第一位線群電連接在所述數(shù)據(jù)線群上的第一列選通電路；包含多條位線的第二位線群；根據(jù)與所述第一列選擇信號不同的第二列選擇信號，把所述第二位線群電連接在所述數(shù)據(jù)線群上的第二列選通電路；與所述第一、第二位線群中包含的多條位線交叉的多條字線；電連接在所述第一、第二位線群中包含的多條位線上，并且由所述多條字線選擇的包含磁阻元件的多個存儲單元；其中所述磁阻元件從平面觀察是具有短邊和長邊的長方形，其長邊從平面觀察與第一、第二位線群中包含的多條位線交叉。
3.一種半導體集成電路器件，包括具有多條數(shù)據(jù)線的數(shù)據(jù)線群；具有多條位線的第一位線群；根據(jù)第一列選擇信號，把所述第一位線群電連接在所述數(shù)據(jù)線群上的第一列選通電路；包含多條位線的第二位線群；根據(jù)與所述第一列選擇信號不同的第二列選擇信號，把所述第二位線群電連接在所述數(shù)據(jù)線群上的第二列選通電路；與所述第一、第二位線群中包含的多條位線交叉的多條字線；電連接在所述第一、第二位線群中包含的多條位線上，并且由所述多條字線選擇的包含磁阻元件的多個存儲單元；其中所述磁阻元件從平面觀察是具有短邊和長邊的平行四邊形，它的長邊從平面觀察與第一、第二位線群中包含的多條位線交叉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的半導體集成電路器件，其中所述第一位線群和所述第二位線群間的間隔比所述第一、第二位線群中包含的位線間的間隔寬。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的半導體集成電路器件，其中所述磁阻元件間的間隔，在所述第一、第二位線群間的間隔比在所述第一、第二位線群內(nèi)的間隔寬。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的半導體集成電路器件，其中所述多個存儲單元包含電連接在所述磁阻元件上的晶體管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的半導體集成電路器件，其中所述多個存儲單元包含電連接在所述磁阻元件上的二極管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的半導體集成電路器件，其中所述磁阻元件是具有第一磁化固定層、第一隧道勢壘層、磁記錄層、第二隧道勢壘層和第二磁化固定層的雙結(jié)型的隧道磁阻效應元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的半導體集成電路器件，其中所述磁阻元件是具有磁化固定層、隧道勢壘層、磁記錄層的隧道磁阻效應元件，至少所述磁化固定層包含強磁性層和非磁性層的層疊構(gòu)造。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的半導體集成電路器件，其中所述磁阻元件是具有第一磁化固定層、第一隧道勢壘層、磁記錄層、第二隧道勢壘層和第二磁化固定層的雙結(jié)型的隧道磁阻效應元件；所述第一、第二磁化固定層的至少一方和所述磁記錄層包含強磁性層和非磁性層的層疊構(gòu)造。
全文摘要
半導體集成電路器件包含根據(jù)第一列選擇信號(CSL0)把第一位線群(2－0)電連接在數(shù)據(jù)線群(1)上的第一列選通電路(CG0)、根據(jù)第二列選擇信號(CSL1)把第二位線群(2－1)電連接在數(shù)據(jù)線群(1)上的第二列選通電路(CG1)、與位線(BL)交叉的字線(WWL)、電連接在位線(BL)上并且由字線(WWL)選擇的包含磁阻元件(12)的存儲單元(10)。磁阻元件(12)的自旋方向從平面觀察垂直于位線(BL)。
文檔編號H01L43/08GK1484245SQ0312777
公開日2004年3月24日 申請日期2003年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月12日
發(fā)明者淺尾吉昭 申請人:株式會社東芝