專利名稱：高密度磁阻存儲器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高密度磁阻存儲器及其制造方法，尤其涉及一種用于實現(xiàn)高選擇率的磁阻存儲器及其制造方法。
背景技術(shù)：
圖1是一傳統(tǒng)磁性隨機存取存儲器(MRAM)陣列的視圖。參見圖1，該傳統(tǒng)MRAM利用產(chǎn)生于施加了電流的數(shù)位驅(qū)動線1和位線3上的磁場通過反轉(zhuǎn)位于數(shù)位驅(qū)動線1和位線3之間的存儲單元5的磁化方向而存儲信息。不過，因施加到數(shù)位驅(qū)動線1和位線3上的電流而產(chǎn)生的磁場會影響位于存儲單元5周圍的存儲單元7和9，該存儲單元5位于數(shù)位驅(qū)動線1和位線3相交的位置上。特別是，在一個逐漸變得緊湊且具有高存儲密度的存儲單元中，存儲單元的矯頑磁性增大，且需要用于反轉(zhuǎn)磁化方向的電流值也增大了。這樣，磁場就會影響存儲單元5旁邊的外圍單元7和9，并反轉(zhuǎn)磁化方向，從而可能增加存儲器的誤操作。
為了克服上述MRAM的缺陷，圖2示出了一個傳統(tǒng)磁阻存儲器的示例，該存儲器具有一個能將磁通量聚集在存儲單元上的結(jié)構(gòu)。圖2是一在美國專利No.5659490中披露的MRAM的橫剖圖。
參見圖2，MRAM35包括一個基底11和一個存儲單元14，該存儲單元14中存儲有作為基底11上磁化矢量的信息。存儲單元14是由磁阻(MR)材料制成的，它具有一個多層結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在磁性材料之間包括一個絕緣層，具有箭頭表示的長度21(L)和與地面垂直的寬度。一種柱導(dǎo)電材料12用于將柱狀的存儲單元14連接到另一存儲單元。一種電介質(zhì)材料13被覆蓋到存儲單元14和導(dǎo)電材料12上，從而使它們與數(shù)位驅(qū)動線的導(dǎo)電材料36絕緣。數(shù)位驅(qū)動線的導(dǎo)電材料36被布置成與存儲單元14相交成直角。高導(dǎo)磁性材料17和18被覆蓋到導(dǎo)電材料36的頂面和側(cè)面上，導(dǎo)電材料36位于數(shù)位驅(qū)動線上以根據(jù)施加到數(shù)位驅(qū)動線導(dǎo)電材料36上的電流改變磁化方向并將磁場聚集到存儲單元14內(nèi)的磁性材料上。高導(dǎo)磁性材料31和32作為條帶形成在存儲單元14的左右上部，以支持高導(dǎo)磁性材料17和18的磁通量聚集功能。高導(dǎo)磁性材料32和33之間的距離37小于存儲單元14的寬度。
美國專利No.6174737還披露了一種改進的MRAM及其制造方法，其與美國專利No.5656499中披露的MRAM結(jié)構(gòu)相似。不過，用于聚集磁通量的傳統(tǒng)導(dǎo)電層在位線或數(shù)位驅(qū)動線的上部形成為條帶圖案(stripepattern)，從而將磁通量分布在一個沒有存儲單元的部分上，這樣，磁通量就不能有效地聚集在所希望的存儲單元上。并且，該條帶圖案應(yīng)在形成存儲單元之后制得，因此，就不容易執(zhí)行制造工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種磁阻存儲器，其具有磁通量聚集結(jié)構(gòu)，由此可將磁通量有效地聚集到一個存儲單元上，還提供了一種磁阻存儲器的制造方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種磁阻存儲器，包括存儲信息的存儲單元；導(dǎo)線，該導(dǎo)線接觸所述存儲單元以通過產(chǎn)生一個磁場來改變存儲單元的磁化方向；以及至少一個磁通量聚集島(FCI)，位于所述導(dǎo)線與存儲單元之間以將磁通量聚集到存儲單元上。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種制造磁阻存儲器的方法，包括在基底上形成存儲單元和導(dǎo)線，所述導(dǎo)線使電流對所述存儲單元起作用；在所述存儲單元和導(dǎo)線之間形成FCI，將磁通量聚集到該存儲單元上。
所述導(dǎo)線可為位線或數(shù)位驅(qū)動線，該數(shù)位驅(qū)動線與位線相交成直角，同時所述存儲單元介于所述位線與數(shù)位驅(qū)動線之間。
所述導(dǎo)線可包括磁通量聚集層(FCL)，以在不與存儲單元接觸的表面上將磁通量聚集到所述存儲單元上。
FCI和FCL可采用一種具有高導(dǎo)磁性的材料形成。
FCI和FCL可將選擇率提高5％或更多。


通過參照附圖詳細地描述本發(fā)明的示范性實施例，本發(fā)明的上述和其它特征和優(yōu)點將變得更加明顯。其中圖1是一傳統(tǒng)磁性隨機存取存儲器(MRAM)的視圖；
圖2是一披露在美國專利No.5659490中的MRAM的橫剖圖；圖3是一本發(fā)明實施例中的磁阻存儲器的透視圖；圖4A是無磁通量聚集島(FCI)的導(dǎo)線的橫剖圖；圖4B是其上安置有FCI的導(dǎo)線的橫剖圖；圖4C是其上安置有磁通量聚集層(FCL)的導(dǎo)線的橫剖圖；圖4D是其上安置有FCI和FCL的導(dǎo)線的橫剖圖；圖5A至5D是模擬結(jié)果的視圖，其中電流被施加到圖4A至4D中所示的各存儲單元上。
具體實施例方式
圖3是本發(fā)明一實施例中磁阻存儲器的透視圖。參見圖3，磁阻存儲器50包括在基底57上形成為條帶的位線53；位于位線53上的存儲單元55；數(shù)位驅(qū)動線51，與存儲單元55的頂面接觸并形成為與位線53相交成直角的條帶；位線的磁通量聚集島(FCI)56，位于位線53附近，主要將產(chǎn)生自位線53的磁場聚集到存儲單元55上；以及數(shù)位驅(qū)動線的FCI54，位于數(shù)位驅(qū)動線51附近，主要將產(chǎn)生自數(shù)位驅(qū)動線51的磁場聚集到存儲單元55上。此時絕緣層位于所有部件之間，這樣多個部件不會在實體上相互接觸。
當需要將電流記錄到磁阻存儲器上時，電流產(chǎn)生大量的熱量，而熱量影響鄰近的單元，這樣，就增加了轉(zhuǎn)換不希望的磁阻存儲單元的磁化方向的概率。并且，當通過將存儲器構(gòu)造成高度集成化而高度壓縮磁阻存儲器時，存儲單元的尺寸變得更小，矯頑磁性也增大了。這樣，就增大了需要用來轉(zhuǎn)換磁化方向的磁場的強度，也增加了所需的電流。
在本發(fā)明實施例的磁性存儲器中，由具有高導(dǎo)磁性的材料制成的FCI形成在存儲單元的周圍，該存儲單元被構(gòu)造成高度集成化，以改變產(chǎn)生于位線53和數(shù)位驅(qū)動線51上的磁場的磁路，從而聚集向外發(fā)射到所希望的存儲單元上的磁場。這樣，僅將能用少量電流轉(zhuǎn)換存儲單元的磁化方向的足夠大的磁場施加到所希望的存儲單元上。FCI可采取不同的方式形成為正方形、矩形或圓形。
圖3的磁阻存儲器是由一種在存儲單元53四周呈島狀的導(dǎo)電材料形成的，以便聚集磁通量。不過，圖1中所示的磁通量聚集層(FCL)可進一步形成在數(shù)位驅(qū)動線51上以提高磁通量聚集效應(yīng)。不過，在采用FCL的情況下，應(yīng)該注意到增加了一道工序且會提高加工成本。
圖4A是一無FCI時導(dǎo)線的橫剖圖，圖4B是其上安置有FCI的導(dǎo)線的橫剖圖，圖4C是其上安置有FCL的導(dǎo)線的橫剖圖，圖4D是其上安置有FCI和FCL的導(dǎo)線的橫剖圖。在此，導(dǎo)線可以是位線或數(shù)位驅(qū)動線。
圖4A中導(dǎo)線61的寬度為0.6μm，高度為0.3μm，并且不包括比如FCI和/或FCL的磁通量聚集結(jié)構(gòu)。參見圖4B，一絕緣層68a被覆蓋到導(dǎo)線61的側(cè)面和底面上，并且FCI66a和66b形成在絕緣層68a的左右底面上。絕緣層68a沉積的寬度約為0.1μm，F(xiàn)CI66a和66b形成的寬度約為0.3μm，厚度約為0.04μm。
對于圖4C中的導(dǎo)電層61來說，F(xiàn)CL62被覆蓋到絕緣層68b的側(cè)面和底面上，而非圖4B中的FCI66a和66b。在此，F(xiàn)CL62形成的厚度約為0.04μm。圖4D是其上形成有FCL62和FCI66a、66b的導(dǎo)線61的橫剖圖。絕緣層的厚度約為0.1μm，F(xiàn)CI66a、66b形成的尺寸與圖4B中的相同，F(xiàn)CL62形成的尺寸與圖4C中的相同。
圖5A至5D是將電流施加到從圖4A至4D中所示的各個例子中的選定存儲單元上的模擬結(jié)果的視圖。參見圖5A至5D，布置有9個存儲單元，磁力線從位于中心部分的選定存儲單元右邊的存儲單元向上形成，且從位于選定存儲單元左邊的存儲單元向下形成。
圖4A和4B中存儲單元磁場強度的漸增可從表示磁場強度的圖5A和5B中的滾動條了解到。存儲單元的最大強度在圖5A中約為2612(G)，在圖5B中約為4262(G)，在圖5C中約為5868(G)，在圖5D中約為7427(G)。在將本發(fā)明的FCI與傳統(tǒng)的FCL一起使用時的模擬結(jié)果中，證明磁場強度是最強的。
表1示出了圖4A至4D中所示的各個例子1、2、3、4下的x軸、y軸、所需電流以及選擇率。
表1

在此，所需電流指的是需要用來將存儲單元的磁化方向反轉(zhuǎn)的電流，選擇率由下面示出的方程式1定義，也即，施加到選定存儲單元上的磁場(Hx0，Hy0)與施加到相鄰存儲單元上的磁場(Hx1，Hy1)之間的相關(guān)表達式定義。選擇率越高，磁場朝向選定存儲單元的聚集度就越高。
方程式1 參見表1，例3和4中x軸方向上磁場(Hx)的最強強度約為31(Oe)，例3和例4中y軸方向上磁場(Hy)的最強強度分別約為45(Oe)和53(Oe)。例3和4中的所需電流最小，約為4.5至4.7。
不過，例2和4中的選擇率最大，從約192％到196％。例2的選擇率提高了，它比例1的178％的選擇率多出約8％。優(yōu)選磁阻存儲器的選擇率被設(shè)計成提高5％或更多。
從上述結(jié)果看，包括FCI的磁阻存儲器在選擇率方面功能發(fā)揮得更為有效，且表明在安置有FCI和FCL的情況下，磁場強度、所需電流以及選擇率方面的功能性都達到最佳?？赏ㄟ^實驗來找到FCI厚度和寬度的最佳條件。
可將與磁阻存儲單元相同的磁性材料用作FCI。這樣，就可實現(xiàn)理想的結(jié)構(gòu)，而不用增加在制造工藝中蝕刻存儲單元時采用與FCI形狀相同的掩模的工序。
本發(fā)明的磁阻存儲器包括磁通量聚集結(jié)構(gòu)，以提高施加到存儲單元上的每單位電流的磁通密度，從而減少轉(zhuǎn)換存儲單元磁化方向所需的電流，并提高了選擇率，以便制造高密度的磁阻存儲器。
如上所述，本發(fā)明的磁阻存儲器的優(yōu)點在于，通過增大每單位電流的磁通密度而減少所需電流，提高了選擇率，從而可容易地實現(xiàn)高密度且高度集成化的結(jié)構(gòu)。
并且，本發(fā)明磁阻存儲器制造方法的優(yōu)點在于，可通過簡單地改變蝕刻工藝中所需的掩模來制造FCI。
雖然已參照其示范性實施例對本發(fā)明作了特定的圖示和描述，但對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，可進行形式和細節(jié)上的各種變化，而不脫離由下列權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種磁阻存儲器，包括存儲信息的存儲單元；導(dǎo)線，與存儲單元接觸，以通過產(chǎn)生磁場來改變存儲單元的磁化方向；至少一個磁通量聚集島，位于所述導(dǎo)線與存儲單元之間，以將磁通量聚集到所述存儲單元上。
2.如權(quán)利要求1所述的存儲器，其中，所述導(dǎo)線為位線或數(shù)位驅(qū)動線，所述數(shù)位驅(qū)動線成形為與所述位線相交成一直角，同時所述存儲單元介于所述位線與數(shù)位驅(qū)動線之間。
3.如權(quán)利要求1所述的存儲器，其中，所述導(dǎo)線包括磁通量聚集層，以在不與存儲單元接觸的表面上將磁通量聚集到存儲單元上。
4.如權(quán)利要求1所述的存儲器，其中，所述磁通量聚集島是采用具有高導(dǎo)磁性的材料形成的。
5.如權(quán)利要求1所述的存儲器，其中，所述磁通量聚集層是采用具有高導(dǎo)磁性的材料形成的。
6.如權(quán)利要求1所述的存儲器，其中，所述磁通量聚集島使選擇率提高了5％或更多。
7.一種制造磁阻存儲器的方法，包括在基底上形成存儲單元和導(dǎo)線，該導(dǎo)線使電流對所述存儲單元起作用；在所述存儲單元與導(dǎo)線之間形成磁通量聚集島，該磁通量聚集島將磁通量聚集到所述存儲單元上。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述導(dǎo)線為位線或數(shù)位驅(qū)動線，所述數(shù)位驅(qū)動線成形為與所述位線相交成一直角，同時所述存儲單元介于所述位線與數(shù)位驅(qū)動線之間。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括形成磁通量聚集層，以在不與存儲單元接觸的表面上將磁通量聚集到存儲單元上。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，采用具有高導(dǎo)磁性的材料形成所述磁通量聚集島。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，采用具有高導(dǎo)磁性的材料形成所述磁通量聚集層。
12.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述磁通量聚集島將選擇率提高了5％或更多。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高密度磁阻存儲器及其制造方法。該磁阻存儲器包括存儲信息的存儲單元；導(dǎo)線，與該存儲單元接觸，以通過產(chǎn)生磁場來改變存儲單元的磁化方向；以及至少一個磁通量聚集島(FCI)，位于該導(dǎo)線與存儲單元之間，以將磁通量聚集到該存儲單元上。磁通量被聚集到該存儲單元上，以減少所需的電流并提高了選擇率，從而形成一個高密度且高度集成化的存儲單元。
文檔編號H01L21/70GK1574068SQ20031011884
公開日2005年2月2日 申請日期2003年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月2日
發(fā)明者金恩植, 金庸洙 申請人:三星電子株式會社