CN1290117C

CN1290117C - 磁存储器

Info

Publication number: CN1290117C
Application number: CNB031027660A
Authority: CN
Inventors: 岸達也; 天野実; 齐藤好昭; 高橋茂樹; 西山勝哉; 浅尾吉昭; 與田博明; 上田知正; 岩田佳久
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-01-16
Filing date: 2003-01-16
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2023-01-16
Also published as: CN1433020A; KR20030062276A; US20030156476A1; US6831855B2; US7054187B2; TW200306022A; KR100560575B1; US20050083745A1; TWI266443B

Abstract

提供一种磁存储器，通过由小的写入电流向磁记录层有效地外加磁场，提供具有高集成度、能降低耗电并且可靠性高的磁存储元件。其特征在于：包含：具有磁记录层的磁阻效应元件(21)；在所述磁阻效应元件之上或之下，在第一方向延伸的写入布线(22、23)；根据通过使电流流过所述写入布线而形成的磁场，所述磁记录层的磁化方向是可变的；在与所述第一方向垂直的方向切断的所述写入布线的截面的重心(G)比该重心位置的所述写入布线的厚度方向的厚度的中心点(C)更向所述磁阻效应元件的方向偏心。

Description

磁存储器

技术领域

本发明涉及磁存储器，更具体而言，涉及通过由小的写入电流向磁阻效应元件的记录层有效地外加磁场，能降低耗电的磁存储器。

背景技术

近年，作为固体磁存储器，提出了使用具有巨磁阻效应(GiantMagnetoresistance)的磁元件的磁随机存取存储器，特别是作为磁阻效应元件，使用了“强磁性隧道结”的磁存储器引人注目。

强磁性隧道结主要以(第一强磁性层)/(非磁性绝缘层)/(第二强磁性层)等三层构造为基本，电流流过作为隧道的非磁性绝缘层。这时，结电阻值与第一以及第二强磁性层中的磁化相对角的余弦成比例变化。因此，电阻值当第一以及第二强磁性层的磁化为平行时，取极小值，当反平行时，取极大值。这被称作“隧道磁阻(TunnelingMagnetoResistance：TMR)效应”。例如，在Appl.Phys.Lett.；vol.77(2000)p.283中，报告了基于TMR效应的电阻值变化在室温中达到49.7％。

在具有强磁性隧道结作为存储单元的磁存储器中，把一方的强磁性层固定作为“基准层”，把另一方的强磁性层作为“存储层”使用。在该单元中，通过对于基准层和存储层的磁化方向为平行或反平行，与2值信息即“0”、“1”对应，能存储信息。

通过在单元上外加使电流流入写入布线而产生的磁场，使存储层的磁化反转，进行记录信息的写入。这时，通常使写入电流同时流向彼此交叉并且不接触的两条写入布线，通过在对于存储层的易磁化轴具有非零角度的方向外加合成磁场，进行磁化反转。另外，在该写入动作时，考虑表示外加磁场方向和反转磁场的关系的“星形曲线”。

另一方面，使电流流过强磁性隧道结，通过检测基于TMR效应的电阻变化，进行读出。磁存储器通过配置多个这样的存储单元，构成了大容量的存储器。

当把这样的存储单元设置为矩阵状，构成实际的磁存储器时，为了能选择任意一个存储单元，例如与半导体DRAM(动态随机存取存储器)同样，对各单元配置开关晶体管等，构成周边电路。另外，也提出了在字线和位线交叉的位置，组合设置二极管和强磁性隧道结元件的构造(美国专利第5、640、343号，第5、650、958号)。

那么，为了提高把磁阻效应元件作为存储单元使用的磁存储器的集成密度，有必要缩小各存储单元的尺寸，必然要缩小构成单元的强磁性体的尺寸。可是一般，如果缩小强磁性体，它的矫顽力就增大。因为矫顽力的大小成为用于反转磁化所必要的开关磁场的大小的目标，所以这意味着开关磁场的增大。因此，在写入位信息时，必须使更大的电流流到写入布线中，引起耗电的增加、布线寿命的缩短等不良的结果。因此，基于更小的写入电流的位信息的写入在高集成度磁存储器的实用化中是重要的课题。

为了解决该课题，提出了在写入布线的周围设置由高导磁率材料构成的薄膜(美国专利第5、659、499号，美国专利第5、956、267号，美国专利第5、940、319号和国际专利申请WO00/10172号)。在这些元件中，通过位于写入布线周围的高导磁率薄膜，能收敛由写入电流产生的磁束。因此，能增强在写入时产生的磁场，作为结果，能用更小的电流写入位信息。同时能大幅度减少泄漏到高导磁率薄膜外部的磁束，所以取得了能抑制串扰的效果。

可是，当为美国专利第5、659、499号中描述的构造时，无法在磁记录层的全体均匀地施加磁场。另外，在美国专利第5、956267号和美国专利第5、940、319号中描述的构造中，高导磁率薄膜和磁记录层的距离远，特别是当具有取得高输出的多个磁化固定层的磁存储元件时，距离变远，无法在磁记录层高效地施加磁场。

而当为国际专利申请WO00/10172号中描述的构造时，虽然具有高导磁率薄膜和磁记录层的距离变近的构造，但是很难使充分的磁束集中到磁记录层。

另外，在以上这些公开中，对于写入布线自身的截面形状未下任何功夫。

发明内容

本发明是鉴于所述课题而提出的，其目的在于：通过由小的写入电流向磁记录层有效地外加磁场，提供具有高集成度、能降低耗电并且可靠性高的磁存储元件。

为了实现所述目的，本发明的第一磁存储器包含：具有磁记录层的磁阻效应元件；和

在所述磁阻效应元件之上或之下，在第一方向延伸的写入布线；

其特征在于：根据通过使电流流过所述写入布线而形成的磁场，所述磁记录层的磁化方向是可变的；

通过改变截面形状使所述写入布线在与所述第一方向垂直的方向切断的截面的重心比所述写入布线通过该重心的厚度方向的厚度的中心点偏向所述磁阻效应元件的方向。

根据所述结构，与所述写入布线的重心与所述厚度的中心点重叠时相比，能增大对于磁记录层的发生磁场，能降低耗电，并且进行高效的写入。

另外，本发明的第二磁存储器包含：具有磁记录层的磁阻效应元件；

根据通过使电流流过所述写入布线而形成的磁场，所述磁记录层的磁化方向是可变的；

在与所述第一方向垂直的方向切断的所述写入布线的截面是上下非对称的，具有向着所述磁阻效应元件，宽度变大的形状。

根据所述结构，与所述写入布线在上下方向具有近对称的截面形状时相比，能增大对于磁记录层的发生磁场，能降低耗电，并且进行高效的写入。

这里，如果与所述磁阻效应元件相对的所述写入布线的对置面向着所述磁阻效应元件弯曲成凹状，就能进一步怎大对于磁记录层的发生磁场，能降低耗电，并且进行高效的写入。

另外，本发明的第三磁存储器包含：在第一方向延伸的第一写入布线；和

设置在所述第一写入布线之上，具有磁记录层的磁阻效应元件；

在所述磁阻效应元件之上，在与第一方向交叉的第二方向延伸的第二写入布线；

根据通过使电流分别流过所述第一和第二写入布线而形成的磁场，所述磁记录层的磁化方向是可变的；

通过改变截面形状使所述第一写入布线在与所述第一方向垂直的方向切断的截面的重心比所述第一写入布线通过该重心的厚度方向的厚度的中心点偏向所述磁阻效应元件的方向；

通过改变截面形状使所述第二写入布线在与所述第二方向垂直的方向切断的截面的重心比第二写入布线通过该重心的所述厚度方向的厚度的中心点偏向所述磁阻效应元件的方向。

这里，所谓“交叉”包含在空间上彼此不相交，非平行的配置关系。

另外，本发明的第四磁存储器具有：在第一方向延伸的第一写入布线；

在与所述第一方向垂直的方向切断的所述第一写入布线的截面是上下非对称的，具有向着所述磁阻效应元件宽度变大的形状；

在与所述第二方向垂直的方向切断的所述第二写入布线的截面是上下非对称的，具有向着所述磁阻效应元件宽度变大的形状。

这里，在所述任意的磁存储器中，还具有：在第三方向延伸，向所述磁阻效应元件供给读出电流的读出布线；

在与所述第三方向垂直的方向切断的所述读出布线的截面是上下对称的。

另外，在所述任意的磁存储器中，所述写入布线的所述截面是在靠近所述磁阻效应元件的一侧具有长边的梯形或三角形。

或者，从所述磁阻效应元件观察，所述写入布线的所述截面在相反一侧具有圆弧状的边。

而在所述任意的磁存储器中，所述写入布线如果在它的侧面和从所述磁阻效应元件观察的相反一侧的面中的至少任意一个上具有由磁性体构成的覆盖层，就能防止对相邻的存储单元的写入串扰，能使磁场对于所述磁记录层集中。

另外，如果所述覆盖层具有向着所述磁阻效应元件比所述写入布线突出的伸出部，就能进一步高效地使磁场对于所述磁记录层集中。

附图说明

下面简要说明附图。

图1(a)是表示本发明的实施形态的磁存储器的主要部分截面结构的概念图，图1(b)是图1(a)的A-A’线剖视图。

图2是表示作为比较例的磁存储器的存储单元的概念图。

图3是表示布线22、23的形成方法的一个例子的步骤剖视图。

图4是表示本发明的变形例的概念图。

图5是表示本发明的变形例的概念图。

图6是表示用于取得梯形截面的构图方法的步骤剖视图。

图7是表示用于取得圆弧状截面的构图方法的步骤剖视图。

图8是表示本发明的其他变形例的概念图。

图9是表示本发明的其他变形例的概念图。

图10是表示本发明的其他变形例的概念图。

图11是表示本发明的磁存储器的矩阵结构的概念图。

图12是表示本发明的磁存储器的矩阵结构的又一具体例的概念图。

图13是表示截面积一定，并且使它的宽度和厚度变化而得到的磁场分布的曲线图。

图14是表示关于布线的截面形状为长方形和梯形时，分别描绘了发生磁场的曲线图。

图15是表示写入布线23的截面的模式图。

图16是表示离开布线23的距离Z的电流磁场的强度的曲线图。

图17是描绘电流磁场对于W2/W1的关系的曲线图。

图18(a)是表示上下布线截面形状不同的磁存储器的模式剖视图，(b)是它的A-A线剖视图。

图19(a)是表示布线23的截面形状为近三角形的磁存储器模式剖视图，(b)是它的A-A线剖视图。

图20是表示本发明的实施例的磁存储器的单元构造的模式图。

图21是表示2mA的写入电流流向布线22时的发生磁场的分布曲线图。

下面简要说明附图符号。

11-存储元件部分；12-选择用晶体管部分；21-磁阻效应元件；22-位线；23-字线；24-下部电极；26-通孔；30-晶体管；32-栅极(字线)；34-位线；34-字线；50-列解码器；51-行解码器；52-读出放大器；60-解码器；300-基底；310-层；320-掩模；330-掩模；400-基底；410-层；420-掩模；A-各向异性蚀刻；B-各向异性蚀刻；C-各向异性蚀刻；D-二极管；G-重心；L-中心线；M-磁场；P-伸出部；S-边；SM-覆盖层。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施形态。

图1(a)是表示本发明的实施形态的磁存储器主要部分的截面构造的概念图。另外，图1(b)是图1(a)的A-A’线剖视图。

即，图1所示的构造与作为随机存取存储器工作的磁存储器的一位部分的存储单元对应。该存储单元由存储元件部分11和地址选择用晶体管部分12构成。

存储元件部分11具有磁阻效应元件21和连接了它的一对布线22、24。磁阻效应元件21例如具有磁性层/非磁性层/磁性层或者磁性层/绝缘隧道层/磁性层的层叠构造，具有GMR效应或TMR效应等。

当具有GMR效应时，只当位信息的读出时，可以使读出电流流向磁阻效应元件21，检测它的电阻变化。

另外，如果是具有磁性层/非磁性隧道层/磁性层/非磁性隧道层/磁性层的构造的包含双重隧道结的磁阻效应元件，由于基于隧道磁阻(TMR)效应的电阻变化，能取得高的磁阻效应，所以十分有利。

在这些构造中，任意的磁性层能作为磁化固定层起作用，其他的任意的磁性层作为磁记录层起作用。

磁化固定层和磁记录层最好具有由铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)或包含它们中的任意种类的合金构成的强磁性体层，或者包含镍·锰·锑(Ni Mn Sb)、白金锰·锑(Pt Mn Sb)、钴·锰·锗(Co₂MnGe)等的半金属磁性体层。

另外，作为磁化固定层，能使用使这些磁性层的膜厚度变厚，提高了矫顽力的磁化固定层，或者，通过采用相邻反强磁性层层叠的构造，通过作用于磁性层和反强磁性层之间的交换相互作用，能固定磁化。

而在选择用晶体管部分12设置了通过通孔26和嵌入布线28连接的晶体管30。该晶体管30按照外加在栅极32上的电压进行开关动作，控制磁阻效应元件21和布线34的电流线路的开关。

另外，在磁阻效应元件的下方，写入布线23设置在与布线22近正交的方向。这些写入布线22、23例如能由铝(Al)、铜(Cu)、钨(W)、钽(Ta)或包含它们中的任意种类的合金构成。

在具有这样的结构的存储单元中，当向磁阻效应元件21写入位信息时，写入脉冲电流流向布线22、23，通过外加由这些电流感应的合成磁场，使磁阻效应元件的记录层的磁化适当反转。

另外，当读出位信息时，读出电流通过布线22、包含磁记录层的磁阻效应元件21、下部电极24流动，通过测定磁阻效应元件21的电阻值或电组值的变化而进行。

在本发明中，布线22、23的截面形状在上下方向是非对称的，构成该截面的图形的重心当沿着磁阻效应元件21的中心线观察时，位于比该布线的厚度方向的中心更靠近磁阻效应元件21的位置。

例如，如果在图1(b)中进行说明，当沿着磁阻效应元件21的中心线L观察时，截面的重心G位于比布线22的厚度方向的中心点更向磁阻效应元件21偏心的位置。如图1(b)所示，为了使重心G向磁阻效应元件21的方向偏心，可以采用使写入布线22、23的截面的宽度向着磁阻效应元件21扩大的截面形状。

图2是表示作为比较例的磁存储单元的概念图。在图2中，对于关于图1而描述的同样的要素采用了相同的符号，省略了详细的说明。

在该比较例中，布线22、23的截面为上下对称的近长方形，它的重心G位于与沿着磁阻效应元件21的中心线L观察的厚度方向的中心C相同的位置。

那么，当电流流向具有图1和图2那样的截面的布线22、23时而产生的磁场的大小可根据必奥-萨伐尔定律求出。据此，如果在布线截面内的各点电流密度一定，则在离开布线某距离的点X产生的磁场由根据布线的截面内的各点的电流密度而产生的磁场的叠加决定。根据布线的截面内的各点的电流密度而产生的磁场与从该点到点X的距离成反比，所以距离越近，产生的磁场越大。而实际的存储单元的构造上，很难使布线与磁记录层接近到一定距离以下。

如果综合考虑以上事实，与图2所示的比较例那样，使写入布线的截面上下对称时相比，象图1所示的那样，作为具有一定的截面积的写入布线的截面形状，如果使它的重心位置比沿着磁阻效应元件的中心线观察的厚度方向的中心点更向磁阻效应元件偏心，则从布线作用于磁阻效应元件上的磁场增大。

因此，如果使写入布线的截面形状如图1所示，则从写入布线22、23外加到磁阻效应元件21上的磁场加强，能更高效地在磁记录层上施加磁场。关于该点，后面将参照实施例，定量地加以说明。

根据本发明，通过这样对写入布线的截面形状赋与独特的特征，能降低磁存储器的耗电。另外，即使为了提高磁存储器的集成度，使磁阻效应元件21微细化，它的记录层的矫顽力增大，也能进行稳定的写入。

另外，通过降低流入写入布线22、23的写入电流，以能抑制布线的电迁移等的发生，提高磁存储器的可靠性，延长使用寿命。

下面，简单说明具有图1所示的截面形状的布线22、23的形成方法。

图3是表示布线22、23的形成方法的一个例子的步骤剖视图。

即首先如图3(a)所示，在下部布线24之上，构图形成磁阻效应元件21，再在其周围形成绝缘层100。

接着，如图3(b)所示，研磨其表面，在磁阻效应元件21的周围设置绝缘膜的膜厚度渐渐变薄的分布。

例如，在机械化学研磨中，通过调节蚀刻剂的种类和抛光压力，就能实现这样的蚀刻分布。

然后，如图3(c)所示，在表面淀积布线22的材料。

然后，通过对布线22进行构图，取得了图3(d)所示的形状。这时，首先通过各向异性蚀刻近垂直地进行构图，再通过湿蚀刻或各向同性的气相蚀刻，弄圆布线22的角部。或者，在设置了图中未显示的掩模后，通过从最初进行湿蚀刻或各向同性的气相蚀刻，能进行构图，形成图3(d)所示的弄圆了角部的形状的布线22。

根据以上说明的方法，能实现图1所示的独特的截面形状。

须指出的是，关于没有写入电流流动的布线，没必要一定采用图1所示的独特的截面形状。例如，当图1的具体例时，因为只在读出时使用下部布线24，所以可以不采用布线22、23那样的上下非对称的截面形状，采用通常的对称的截面形状。据此，取得了简单地完成布线24的形成方法的效果。

下面，说明本发明的变形例。

图4和图5分别是表示本发明的变形例的概念图。关于这些附图，对于与图1所示同样的要素采用了相同的符号，省略了详细的说明。

当为图4所示的存储单元时，写入布线22、23的截面形状为在靠近磁阻效应元件21一侧的边是长边的梯形。

另外，该布线没必要截面为梯形，例如可以是具有三角形截面的布线。

另外，当为图5所示的存储单元时，写入布线22、23的截面形状为近半圆状，即它的圆弧部在与磁阻效应元件21相反一侧的形状。这些布线22、23的截面的与磁阻效应元件21相对的边S向着磁阻效应元件21弯曲成凹状。

在图4和图5所示的存储单元中，布线22、23的截面形状在上下方向是非对称的，当沿着磁阻效应元件21的中心线观察时，构成该截面的图形的重心位于比该布线的厚度方向的中心更靠近磁阻效应元件21的位置。

通过设置具有这样的独特截面形状的写入布线22、23，作用于磁阻效应元件21上的磁场增强，能高效地在磁记录层上施加磁场。

这里，说明取得图4所示的梯形或反梯形的截面形状的方法。

图6是表示用于取得梯形截面的构图方法的步骤剖视图。

首先，如图(a)所示，在基底300之上形成应该进行构图的层310，再在其上设置覆盖一部分的掩模320。

接着，如图6(b)所示，从倾斜方向进行各向异性蚀刻A。具体而言，能使用离子蚀刻、RIE(反应离子蚀刻)等蚀刻方法。这样，蚀刻除去了未被掩模覆盖的部分，在与该掩模部的边界形成了倾斜面。

接着，如图6(c)所示，在相反一侧形成掩模330。

然后，如图6(d)所示，从反方向倾斜地进行各向异性蚀刻B。这样，就蚀刻除去了未被掩模覆盖的部分，在与该掩模部的边界形成了倾斜面。

这样，通过组合从倾斜方向的各向异性蚀刻，就能进行具有梯形截面的构图。

另外，根据同样的方法，形成反梯形的开口，通过在该开口中嵌入目的材料，能形成具有反梯形的截面的布线。

下面，说明取得图5所示的圆弧状的截面形状的方法。

图7是表示用于取得圆弧状的截面的构图方法的步骤剖视图。

首先，如图7(a)所示，在基底400之上形成应该进行构图的层410，再在其上设置覆盖一部分的掩模420。作为该掩模，最好是抗蚀剂和聚酰亚胺等可软化变形的材料。

接着，如图7(b)所示，使掩模420软化，通过表面张力形成圆弧状。该软化的步骤一般能通过加热给定的抗蚀剂和其他有机材料而实现。须指出的是，当形成布线22时，该掩模420设置为对于纸面垂直延伸。

接着，如图7(c)所示，从近垂直方向进行各向异性蚀刻C。作为该蚀刻方法，能使用离子蚀刻、RIE(反应离子蚀刻)等蚀刻方法。这样，进行同时蚀刻除去了在掩模420及其周围露出的层410的蚀刻。作为结果，掩模420的形状被复制到层410上。

然后，如果进一步进行蚀刻，如图7(d)所示，就完全除去了掩模420，形成了复制了掩模420的形状的层410。

这样，就能进行形成圆弧状的截面的构图。须指出的是，严格上来讲，在该形成过程时，按照掩模420和层410的蚀刻速度的不同，有时掩模420的形状与复制的层410的形状不同。可是，如果采用考虑了这样的蚀刻选择比不同的效果的掩模形状，就能容易地取得所希望的截面形状。

图8是表示本发明的其他变形例的概念图。在同一图中，对于关于图1而描述的同样的要素采用了相同的符号，省略了详细的说明。

在该变形例中，在写入布线22、23的周围，附加了由磁性体构成的覆盖层SM。即覆盖层SM设置为覆盖写入用布线22、23的周围表面中的不与磁阻效应元件21相对的表面。

通过这样设置覆盖层SM，能阻止由流入写入布线22、23的电流产生的电流磁场向周围的泄漏，能防止相邻的其他存储单元对磁阻效应元件的“写入串扰”。另外，该覆盖层SM通过作为所谓的“磁轭”起作用，如图8所示，能使写入磁场M集中于成为写入对象的磁阻效应元件21，能提高写入效率。

为了取得这样的作用，作为覆盖层SM的材料，一般希望使用比导磁率大的高导磁率材料。特别是希望比导磁率为5以上，最好为100以上。另外，希望饱和磁化大，希望在500以上，1000以上更好。

作为这样的材料，能使用铁(Fe)、铁铝(Fe-Al)合金、铁硅(Fe-Si)合金、铁硅铝磁合金等的铁硅·铝(Fe-Si-Al)合金、镍铁(NiFe)合金、以氧化铁(Fe₂O₃)为主成分的软性铁氧体、或铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)和硼(B)、硅(Si)、磷(P)等的无定形合金等的各种高导磁率材料。

图9和图10是表示本发明的其他变形例的概念图。

即，图9所示的存储单元中，写入布线22、23的截面形状与图4所示同样，还设置了与关于图8而描述的同样的覆盖层SM。通过设置这样的覆盖层SM，如关于图8所述的那样，能防止写入磁场向相邻的存储单元的泄漏，同时能增强对于磁阻效应元件2l的发生磁场。

当为本具体例时，附加在写入布线22的周围的覆盖层SM具有向磁阻效应元件21突出的伸出部P。通过设置这样的伸出部P，能进一步高效地使从覆盖层SM放出的写入磁场集中于磁阻效应元件21的记录层。

另外，当然也可以对下方的写入布线23设置同样的伸出部P。

为了进一步增强发生磁场，附加在写入布线22、23的周围的覆盖层SM能设置为在靠近磁阻效应元件21的部分，向着磁记录层其厚度变薄。这样，就能进一步高效地使写入磁场集中于记录层。

另外，覆盖层SM的伸出部P能设置为从与布线相邻的根部或从布线22延伸的伸出部的途中弯曲，向着磁阻效应元件21的磁记录层延伸。这样，能使覆盖层SM的伸出部P的顶端进一步接近磁记录层，能进一步高效地使写入磁场集中于记录层。

接着，图10所示的存储单元中，写入布线22、23的截面形状与图5所示同样，还设置了与关于图8和图9而描述的同样的覆盖层SM。在本具体例中，通过设置这样的覆盖层SM，能防止写入磁场向相邻的存储单元的泄漏，同时能增强对于磁阻效应元件21的发生磁场。

另外，在本具体例中，通过设置图9所示的伸出部P，能进一步高效地使写入磁场集中于记录层。

通过把以上说明的存储单元配置为矩阵状，能形成磁存储单元。

图11是表示本发明的磁存储器的矩阵结构的概念图。

即图11表示了把图1～图10所述的存储单元配置为阵列状时的实施形态的电路结构。为了选择阵列中的1位，设置了列解码器50、行解码器51，通过位线34和字线32，开关晶体管30导通，唯一地选择，通过用读出放大器52检测，能读出构成磁阻效应元件21的磁记录层中记录的位信息。

当写入位信息时，通过使写入电流流入特定的写入字线23和位线22而产生的磁场进行。

在该结构中，位线22和字线23的截面形状具有图1～图7所示的独特的形状，能高效地进行对于磁阻效应元件21的磁记录层的写入。

图12是表示本发明的磁存储器的矩阵结构的另一具体例的概念图。即当本具体例时，分别由解码器60、61选择了布线为矩阵状的位线22、字线34，选择了阵列中的特定的存储单元。各存储单元具有串联了磁阻效应元件21和二极管D的构造。这里，二极管D具有防止读出电流流到选择的磁阻效应元件21以外的存储单元的作用。

通过分别使写入电流流入特定的位线22、写入字线23而产生的磁场，进行了写入。

在该矩阵结构中，位线22和字线23截面形状具有图1～图7所示的独特形状，能高效地进行对于磁阻效应元件21的磁记录层的写入。

[实施例]

下面，参照实施例进一步详细说明本发明的实施形态。

即这里，关于本发明的磁存储器的写入布线22、23的截面形状，列举具体例，说明定量地调查该布线产生的磁场的结果。

(实施例1)

首先，如图2所示，就布线22、23的截面为长方形时加以说明。

图13是表示使截面积一定，并且使它的宽度和厚度变化而得到的磁场分布的曲线图。这里，布线22、23的截面积为0.02μm²，它的材料为铜(Cu)，流向布线的电流为1mA。另外，图13的横轴表示厚度对于布线的宽度的比(纵横比)，纵轴表示磁场的强度。另外，在同一图中，分别描绘了离布线的距离Z为50nm、100nm、150nm时的情形。

从该结果可知，随着离布线的距离Z的增大，在纵横比约0.5的附近取得了最大的发生磁场。即在磁记录层的位置中，当宽度和厚度的比为2∶1时，能最高效地产生磁场。

下面，说明如图3所示，布线22、23的截面为梯形时的情形。

图14是表示关于布线的截面形状为长方形和梯形时，分别描绘了发生磁场的曲线图。这里，布线的材料为铜(Cu)，截面积为0.04μm²，电流为1mA。另外，作为布线的截面的梯形的形状，表示了它的长边和短边的比为3∶1时的情形。另外，用于比较的长方形和梯形的截面积相同。

从图14可知，在离布线的距离小于0.1μm的范围中，具有梯形截面的布线的发生磁场高。特别是当距离在50nm以下时，梯形截面取得了长方形截面时的约1.3倍以上的磁场。

(实施例2)

下面，作为本发明的实施例2，更具体地说明当布线的截面形状为梯形时的磁场强度。

图15是表示写入布线23的截面的模式图。即布线23具有梯形的截面。而且，短边的长度W1，长边的长度为W2，高度(厚度)为T。本发明者把流入该布线23的电流形成的磁场强度作为离布线的距离Z的函数进行了调查。

图16是表示离开布线23的距离Z的电流磁场的强度的曲线图。即图16的横轴表示离开布线23的距离Z，纵轴表示磁场强度。须指出的是，布线23的截面积为0.04平方微米，高度(厚度)T为0.4微米，流入布线23的电流为1毫安。

在图16中，描绘了布线23的短边W1和长边W2的比W1∶W2为1∶1、1∶3、1∶7、1∶9∶、1∶99等5种情形。

从图16可知，与W1∶W2为1∶1即截面为长方形时相比，当为梯形时，取得了大的磁场。另外，W2对于W1越大，就越能取得大的磁场。

图17是描绘了电流磁场对于W2/W1的关系的曲线图。

即图17的横轴表示长边W2和短边W1的比W2/W1，纵轴表示电流磁场。须指出的是，在图17中，描绘了离开布线23的距离Z为5、105、145、205纳米时的磁场。

从图17可知，如果W2/W1增大，则电流磁场也增大，有渐渐饱和的倾向。因此，为了产生尽可能大的磁场，增大W2/W1，可以使截面为反三角形。

可是，在本实施形态的磁存储器中，使用设置在磁阻效应元件21的上下的两条写入用布线22、23。这里，一般布线22、23离磁阻效应元件21的距离不等。因此，当使同等程度的写入电流流入这些布线22、23时，最好通过按照该距离改变布线22、23的截面形状，使作用于磁阻效应元件21的磁场相同。

图18(a)是表示上下的布线的截面形状不同的磁存储器的模式图。另外，图18(b)是它的A-A线剖视图。

如这些附图所示，例如磁阻效应元件21的上下的布线22、23离磁阻效应元件21的距离常常不等。例如当为图18(a)和(b)时，在下方，把布线23设置得更远。

这时，上方的布线22的截面的形状为长方形或短边对于长边的比W2/W1小的梯形，而下方的布线23截面的形状为W2/W1更大的梯形。这样，能使上下的布线22、23作用于磁阻效应元件21的磁场平衡。

另外，如图19(a)和图19(b)所示，当布线23进一步远离磁阻效应元件21时，通过使它的截面形状为三角形，能确保作用于磁阻效应元件21的磁场强度。

须指出的是，与图18、图19所示的具体例相反，当上侧的布线离磁阻效应元件21远时，可以使布线22的截面为W2/W1大的梯形或三角形。

另外，关于本实施例，离磁阻效应元件21“远”或“近”是指从磁阻效应元件21的构成要素中的写入磁化的记录层或自由层的部分观察。

如上所述，在本发明中，当从磁阻效应元件21到上下的布线22、23的距离不等时，通过适当使这些布线22、23的截面形状不同，就能取得从上下的布线22、23的电流磁场的平衡。

(实施例3)

下面，作为本发明的实施例3，说明设置了覆盖层SM的效果。

图20是表示本实施例的磁存储单元的单元构造的模式图。在图20中，对于关于图1～图19而描述的同样的要素采用了相同的符号，省略了详细的说明。

在本实施例中，由铜(Cu)构成的布线22的截面形状为宽度200nm×厚度100nm的长方形，它的周围用比导磁率1000的镍铁(Ni Fe)覆盖，设置了突出量为100nm的伸出部P。

图21是表示2mA的写入电流流向布线22时的发生磁场的分布的曲线图。另外，图21中也一同表示了不设置覆盖层SM时的情形。

从该结果可知，通过用由高导磁率磁性体构成的覆盖层SM包围布线的周围，发生磁场增大了1.7倍左右。

以上，参照具体例，说明了本发明的实施形态。可是，本发明并不局限于这些具体例。例如，关于构成磁存储器的磁阻元件和开关元件的构造和配置关系、或各布线的布线关系和材料等，业内人士通过适当选择，同样实施本发明，能取得同样的效果，这些都包含在本发明的范围中。

另外，作为本发明的实施形态，以上述的磁存储器为基础，业内人士适当进行设计变更而能实施的所有磁存储器也包含在本发明的范围中。

如上所述，根据本发明，通过对磁存储器的写入用布线的截面提供独特的形状，能高效地对磁阻效应元件的磁记录层作用磁场。作为结果，能大幅度降低为了记录位信息所必要的写入电流，能提供耗电少的磁存储器。

另外，即使为了提高磁存储器的集成度而使磁阻效应元件微细化，它的记录层的矫顽力增大，也能进行稳定的写入。

另外，通过降低流入写入布线的写入电流，能抑制布线的电迁移，提高磁存储器的可靠性，延长使用寿命。

而根据本发明，通过在这样的写入布线的周围设置由磁性体构成的覆盖层，能阻止写入磁场的泄漏，能抑制对相邻的其他磁阻效应元件的写入串扰。

另外，通过使覆盖层作为磁轭起作用，能使写入磁场集中于磁阻效应元件的磁记录层，能以高效率进行写入。

另外，该布线中，代替截面为梯形，例如当布线23离磁阻效应元件21远时，通过使它的截面形状为长边和短边的比(W2/W1)大的梯形或三角形，能确保提供给磁阻效应元件21的磁场强度，相反当上方的布线22离磁阻效应元件21远时，通过使布线22的截面形状为长边和短边的比(W2/W1)大的梯形或三角形，能取得来自上下的电流磁场的平衡。

即根据本发明，能以低耗电实现高集成度的磁存储器，在产业上的优势是巨大的。

Claims

1.一种磁存储器，包含：具有磁记录层的磁阻效应元件；和

2.根据权利要求1所述的磁存储器，其特征在于：与所述磁阻效应元件相对的所述写入布线的对置面向着所述磁阻效应元件弯曲成凹状。

3.根据权利要求1所述的磁存储器，其特征在于：所述写入布线的所述截面是在靠近所述磁阻效应元件的一侧具有长边的梯形。

4.根据权利要求1所述的磁存储器，其特征在于：从所述磁阻效应元件观察，所述写入布线的所述截面在相反一侧具有圆弧状的边。

5.根据权利要求1所述的磁存储器，其特征在于：所述写入布线在它的侧面和从所述磁阻效应元件观察的相反一侧的面中的至少任意一个面上具有由磁性体构成的覆盖层。

6.一种磁存储器，包含：具有磁记录层的磁阻效应元件；

在与所述第一方向垂直的方向切断的所述写入布线的截面是上下非对称的，具有向着所述磁阻效应元件宽度变大的形状。

7.根据权利要求6所述的磁存储器，其特征在于：与所述磁阻效应元件相对的所述写入布线的对置面向着所述磁阻效应元件弯曲成凹状。

8.根据权利要求6所述的磁存储器，其特征在于：所述写入布线的所述截面是在靠近所述磁阻效应元件的一侧具有长边的梯形。

9.根据权利要求6所述的磁存储器，其特征在于：从所述磁阻效应元件观察，所述写入布线的所述截面在相反一侧具有圆弧状的边。

10.根据权利要求6所述的磁存储器，其特征在于：所述写入布线在它的侧面和从所述磁阻效应元件观察的相反一侧的面中的至少任意一个面上具有由磁性体构成的覆盖层。

11.一种磁存储器，具有：在第一方向延伸的第一写入布线；

其特征在于：根据通过使电流分别流过所述第一和第二写入布线而形成的磁场，所述磁记录层的磁化方向是可变的；

通过改变截面形状使所述第二写入布线在与所述第二方向垂直的方向切断的截面的重心比所述第二写入布线通过该重心的厚度方向的厚度的中心点偏向所述磁阻效应元件的方向。

12.根据权利要求11所述的磁存储器，其特征在于：还具有：在第三方向延伸，向所述磁阻效应元件供给读出电流的读出布线；

13.根据权利要求11所述的磁存储器，其特征在于：所述第一和第二写入布线的至少一个写入布线的所述截面是在靠近所述磁阻效应元件的一侧具有长边的梯形。

14.根据权利要求11所述的磁存储器，其特征在于：从所述磁阻效应元件观察，所述第一和第二写入布线的至少一个写入布线的所述截面在相反一侧具有圆弧状的边。

15.根据权利要求11所述的磁存储器，其特征在于：所述第一和第二写入布线的至少一个写入布线在它的侧面和从所述磁阻效应元件观察的相反一侧的面中的至少任意一个面上具有由磁性体构成的覆盖层。

16.根据权利要求15所述的磁存储器，其特征在于：所述覆盖层包含向着所述磁阻效应元件、比具有所述覆盖层的所述写入布线突出的伸出部。

17.一种磁存储器，具有：在第一方向延伸的第一写入布线；

18.根据权利要求17所述的磁存储器，其特征在于：还具有：在第三方向延伸，向所述磁阻效应元件供给读出电流的读出布线；

19.根据权利要求17所述的磁存储器，其特征在于：所述第一和第二写入布线的至少任意一个的所述截面是三角形的。

20.根据权利要求17所述的磁存储器，其特征在于：所述第一和第二写入布线的至少任意一个写入布线的所述截面是在靠近所述磁阻效应元件一侧具有长边的梯形。

21.根据权利要求20所述的磁存储器，其特征在于：所述第一写入布线的长边W2对于短边W1的比W2/W1与所述第二写入布线的长边W2对于短边W1的比W2/W1不同。

22.根据权利要求21所述的磁存储器，其特征在于：所述第一和第二写入布线中，离所述磁阻效应元件远的一方的所述比W2/W1比另一方的所述比W2/W1大。

23.根据权利要求17所述的磁存储器，其特征在于：从所述磁阻效应元件观察，所述第一和第二写入布线的至少一个写入布线的所述截面在相反一侧具有圆弧状的边。

24.根据权利要求17所述的磁存储器，其特征在于：所述第一和第二写入布线的至少一个写入布线在它的侧面和从所述磁阻效应元件观察的相反一侧的面中的至少任意一个面上具有由磁性体构成的覆盖层。

25.根据权利要求24所述的磁存储器，其特征在于：所述覆盖层包含向着所述磁阻效应元件、比所述写入布线突出的伸出部。

26.一种磁存储器，具有：在第一方向延伸的第一写入布线；

在与所述第一方向垂直的方向切断的所述第一写入布线的截面形状和在与所述第二方向垂直的方向切断的所述第二写入布线的截面形状不同，并且所述第一和第二写入布线的所述截面形状是长方形或梯形；

离所述磁阻效应元件近的边与远的边的比，在所述第一和第二写入布线中，是离所述磁阻效应元件远的一方大。